Il legame idrogeno - Simone per la scuola

Percorso 3
Il legame idrogeno
A
P
P
R
O
F
O
N
D
I
M
E
N
T
O
L’acqua è una sostanza di importanza vitale per tutti gli esseri viventi, ed assume enorme rilievo per le attività
umane.
Dal punto di vista chimico è una sostanza molto particolare perché ha formula bruta H2O, e quindi una massa
molecolare molto bassa (solo 18,0152 UMA), ma ha punti di fusione e di ebollizione molto alti: rispettivamente
0°C (273,15 °K) e 100°C (373,15 °K).
104
,47
4°
δδ+
0,095718 nm
δ+
δ+
legame idrogeno
δ-
raggio covalente: H 0,032 nm
O 0,073 nm
Figura 1
La struttura molecolare dell’acqua
δ+
Figura 2
Il legame idrogeno tra molecole d’acqua
Questa particolare caratteristica, dovuta al legame idrogeno (figura 2) intermolecolare che ogni singola molecola
d’acqua realizza con le altre, fa sì che l’acqua sia allo stato liquido a temperatura ambiente.
L’acqua è una sostanza polare, e ciò la rende un buon solvente delle sostanze polari e ioniche; inoltre realizza,
insieme ad altre sostanze idrofile e lipofile, una miriade di idrocolloidi, ovvero miscugli eterogenei in cui fasi
solide, liquide, aeriformi di ogni genere sono finemente disperse nell’acqua.
Tensione superficiale acqua/aria
Viscosità dinamica
Densità
Entalpia molare di formazione
Calore latente molare di fusione
Calore latente molare di evaporazione
Calore specifico
Conduttività termica
Conduttività elettrica
Costante dielettrica
7,2 • 10-2 N / m
8,91 • 10-4 N • s / m2
997 kg / m3
-2,86 • 105 J / mole
6,0 • 103 J / mole
4,06 • 104 J / mole
4,18 • 103 J / kg • °K
5,86 • 10-1 W / m • °K
minore di 10-8 S / m
8,72 • 10-9 F / m
Tabella 1
Alcune proprietà dell’acqua alla temperatura di 273,15°K (25°C) e alla pressione di 102.325 Pa (1Atm)
Per capire meglio quanto il legame idrogeno incida sulle principali caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua paragoniamola ad alcune molecole simili come il metanolo (CH3-OH) e il dimetiletere (CH3-O-CH3).
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Il legame idrogeno
Percorso 3
A
P
P
R
O
F
O
N
D
I
M
E
N
T
O
gruppo
alcolico
gruppo etereo
Figura 4
Struttura del dimetiletere (CH3-O-CH3)
Figura 3
Struttura del metanolo (CH3OH)
Il metanolo (CH3-OH) è una molecola simile all’acqua, infatti basta sostituire un idrogeno con il radicale metile
(CH3•) e lo si ottiene, mentre per ottenere il dimetiletere (CH3-O-CH3) si devono sostituire tutti e due gli idrogeni
dell’acqua (figure 3 e 4).
Molecola
Formula
Acqua
Metanolo
Dimetiletere
H-O-H
CH3-O-H
CH3-O- CH3
Forza del legame
idrogeno
Forte
Debole
Nulla
Massa Molecolare
(UMA)
18
32
46
Punto di ebollizione
(°C a 1 atm)
100
64,5
-25
Tabella 2 Confronto tra acqua, metanolo e dimetiletere
Dalla tabella 2 si evince che l’acqua (MM = 18 UMA), pur avendo una massa molecolare quasi la metà del metanolo (MM = 32 UMA), ha un punto di ebollizione maggiore, e il dimetiletere (MM = 46 UMA) che ha una
massa molecolare maggiore del metanolo e quasi tripla rispetto all’acqua, a temperatura ambiente è allo stato gassoso.
Da ciò possiamo capire quanto il legame idrogeno sia importante per le proprietà chimico-fisiche dell’acqua.
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