Capitolo 11 - Le forze molecolari, i liquidi e i solidi Flashcards
forze intermolecolari
forze che si instaurano tra le molecole
responsabili del comportamento non ideale dei gas
influenza ancora maggiore negli stati condensati
responsabili della maggior parte delle proprietà della materia
sono più deboli delle forze intramolecolari
forze intramolecolari
tengono insieme gli atomi all’interno di una molecola
stabilizzano le singole molecole
forze di van der waals
i diversi tipi di forze intermolecolari: forze dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, forze di dispersione
legami a idrogeno non sono forze di van der waals ma sono una categoria a parte
forze dipolo-dipolo
forze tra molecole polari, cioè tra molecole che possiedono momenti di dipolo
origine elettrostatica
spiegate in base alla legge di coulomb
(maggiore è il momento di dipolo, maggiore è la forza)
forze ione-dipolo
sono in grado di indurre un’attrazione reciproca tra uno ione (sia catione che anione) e una molecola polare
la forza dipende dalla carica e dalla dimensione dello ione e dalla misura del momento di dipolo e della dimensione della molecola
le cariche sui cationi sono generalmente più concentrate di conseguenza interagisce più efficacemente con un dipolo (es. idratazione)
dipolo indotto
la separazione delle cariche positive e negative dell’atomo (o molecola apolare) è dovuta alla vicinanza di uno ione o di una molecola polare - l’interazione attrattiva tra uno ione e il dipolo indotto è detta interazione ione-dipolo indotto
polarizzabilità
la facilità con cui la distribuzione elettroni nell’atomo (o molecola) può essere deformata (maggiore è il numero di elettroni più ampiamente è diffusa la nube elettronica nell’atomo (o molecola), maggiore è la sua polarizzabilità
permette ai gas costituiti da atomi o molecole apolari di condensare
dipolo istantaneo
a ogni istante è come se l’atomo avesse un momento di dipolo creato dalle specifiche posizioni degli elettroni - dura appena una piccola frazione di secondo
forze di dispersione
forze attrattive che si instaurano a seguito di dipoli temporanei introdotti in atomi o molecole (es. a temperature molto basse e velocità atomiche ridotte le forze di dispersione risultano abbastanza forti da tenere insieme gli atomi di He, inducendo la condensazione del gas)
aumentano solitamente all’aumentare della massa molecolare
massa maggiore spesso significa aromo più grande, la cui distribuzione elettronica è perturbata più facilmente, perché gli elettroni più esterni sono attratti più debolmente dal nucleo
interpretazione quantomeccanica dei dipoli temporanei
London dimostrò come l’intensità di questa interazione attrattiva sia direttamente proporzionale alla polarizzabilità dell’atomo o molecola
legame idrogeno
tipo particolarmente forte di attrazione intermolecolare
tipo di interazione dipolo-dipolo tra l’atomo di idrogeno coinvolto in un legame polare, come N–H, O–H o F–H, e un atomo elettronegativo O, N o F
ha un forte effetto sulle strutture e le proprietà di molti composti
la forza è determinata dall’interazione coulombiana tra la coppia elettronica solitaria dell’atomo elettronegativo e il nucleo dell’atomo di idrogeno
forza repulsiva
l’intensità della forza repulsiva aumenta molto velocemente al diminuire della distanza che separa le molecole allo stato condensato
struttura e proprietà dell’acqua
calore specifico elevato
può assorbire una considerevole quantità di calore, mentre la sua temperatura aumenta di poco
la sua forma solida è meno densa di quella liquida
le molecole d’acqua sono legate insieme in un reticolo esteso nelle tre dimensioni in cui ciascun atomo di ossigeno è legato, con geometria approssimativamente tetraedrica, a quattro atomi di idrogeno, due mediante legame covalente e altri due con legami a idrogeno
la struttura tridimensionale altamente ordinata del ghiaccio impedisce alle molecole di avvicinarsi troppo l’una all’altra
da 0°C a 4°C l’intrappolamento prevale e l’acqua diviene progressivamente più densa
sopra i 4°C l’espansione termica predomina e la densità dell’acqua diminuisce all’aumentare della temperatura
solido cristallino
un solido cristallino possiede un ordine ben definito e a lungo raggio; i suoi atomi, molecole o ioni occupano posizioni specifiche (es. ghiaccio) - disposizione tale da minimizzare le forze attrattive intermolecolari
cella elementare
unità strutturale ripetitiva di un solido cristallino - ogni solido cristallino può essere descritto mediante uno dei sette tipi di celle elementari - ogni cella elementare quando viene ripetuta nelle tre dimensioni dello spazio, dà luogo alla caratteristica struttura reticolare del solido cristallino
punto reticolare
il punto reticolare non contiene effettivamente un atomo, o uno ione o una molecola, ci possono essere diversi atomi, ioni o molecole disposti in modo identico intorno a ciascun punto reticolare
numero di coordinazione
il numero di atomi (o ioni) che circondano un atomo (o ione) in un reticolo cristallino
cristalli ionici
sono costituiti da ioni tenuti insieme da legami ionici
la struttura dipende dalle cariche sul catione e sull’anione e dai loro raggi
(es. cloruro di sodio)
elevati punti di fusione, indice di intense forze coesive che tengono insieme gli ioni
non conducono elettricità
allo stato fuso o disciolti in acqua, gli ioni sono liberi di muoversi e il liquido risultante è un buon conduttore elettrico
cristalli molecolari
sono costituiti da atomi o molecole tenuti insieme da forze di van der waals e/o legami a idrogeno
(es. diossido di zolfo solido)
sono impaccate tanto quanto è permesso dalla loro forma e dimensione
forze di van der waals e i legami idrogeno sono generalmente abbastanza deboli, i cristalli sono sgretolabili molto più facilmente di quelli ionici e covalenti
cristalli covalenti
gli atomi sono tenuti insieme esclusivamente da legami covalenti in un reticolo tridimensionale esteso
non ci sono singole molecole come nei solidi molecolari
(es. diamante e grafite)
diverse caratteristiche rispetto alla configurazione elettronica dell’elemento
cristalli metallici
ciascun punto reticolare in un cristallo è occupato da un atomo dello stesso metallo
in un metallo gli elettroni sono distribuiti (o delocalizzati) sull’intero cristallo
gli atomi metallici in un cristallo si possono immaginare come una sequenza di ioni positivi immersi in un mare di elettroni di valenza delocalizzati
grande forza coesiva che deriva dalla delocalizzazione è all’origine della resistenza del metallo, che aumenta all’aumentare del numero di elettroni coinvolti nel legame
la mobilità degli elettroni delocalizzati fa sì che i metalli siano buoni conduttori di calore e di elettricità
i solidi sono prevalentemente stabili
solidi amorfi
non sono caratterizzati da un arrangiamento ben definito e da un ordine molecolare a lungo raggio - sono privi di una regolare disposizione degli atomi nelle tre dimensioni (es. vetro)
fase
una parte omogenea del sistema in contatto con altre parti dello stesso sistema, ma separata da esse da un contorno ben definito
passaggi di stato
trasformazioni da una fase all’altra - avvengono quando viene sottratta o somministrata energia - sono variazioni fisiche caratterizzate da cambiamenti nell’ordine molecolare
vaporizzazione (sulla superficie, evaporazione)
a una data temperatura, un certo numero di molecole nel liquido possiede energia cinetica sufficiente per fuggire dalla superficie
condensazione
all’aumentare della concentrazione delle molecole nella fase vapore, alcune di queste ritornano alla fase liquida
equilibrio dinamico
la velocità di un processo è esattamente bilanciata dalla velocità del processo inverso
tensione di vapore dell’equilibrio
la pressione del vapore misurata al punto di equilibrio dinamico tra condensazione ed evaporazione - è la massima pressione di vapore che un liquido possa avere a una data temperatura e che è costante a temperatura costante
calore molare di vaporizzazione
energia necessaria per vaporizzare una mole di liquido - è direttamente collegato all’intensità delle forze intermolecolari che si instaurano in un liquido
temperatura di ebollizione
temperatura alla quale la tensione di vapore di un liquido è uguale alla pressione esterna - la temperatura normale di ebollizione di un liquido è il punto di ebollizione quando la pressione esterna è 1 atm - dipende dalla tensione di vapore del liquido ed è direttamente collegato al calore molare di vaporizzazione
temperatura critica
sopra questa temperatura la sua sua forma gassosa non può essere liquefatta, indipendentemente dall’entità della pressione esercitata
pressione critica
la pressione minima che deve essere esercitata per ottenere la liquefazione alla temperatura critica
punto di fusione
una coppia di valori pressione e temperatura alla quale la fase solida e quella liquida coesistono in equilibrio tra loro - la temperatura di fusione normale di una sostanza è la temperatura di fusione misurata alla pressione di 1 atm
calore (o entalpia) molare di fusione
energia necessaria per fondere una molecola di un solido
sublimazione
il processo in cui le molecole passano direttamente dalla fase solida a quella vapore
brinamento (o deposizione)
passaggio diretto da vapore a solido
calore (o entalpia) molare di sublimazione
energia per sublimare 1 mole di un solido
diagramma di stato
le condizioni per le quali una sostanza può esistere nella forma di solido, liquido o gas - si possono individuare delle regioni che corrispondono a una specifica fase della sostanza - le curve che separano le diverse regioni definiscono i valori di P e T per cui le due fasi sono in equilibrio tra loro - ci permettono di prevedere le variazioni dei punti di fusione e di ebollizione a patto di considerare sull’asse delle ascisse non la pressione parziale della sostanza in fase vapore a una data temperatura, ma la pressione esterna complessiva
punto critico
la curva liquido-vapore termina nel punto critico che delimita lo stato critico della materia
fluido supercritico
le densità di eguaglieranno nel punto critico e per pressioni e temperature superiori a pressione critica e temperatura critica si avrà una nuova fase con prorpietà intermedie
punto triplo
individua una coppia di valori di temperatura e pressione in corrispondenza dei quali si hanno in equilibrio tutte e tre le fasi
