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Le forze intermolecolari e i liquidi

2017

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Forze Intermolecolari Forze attrattive che si esercitano fra

molecole, fra ioni, o fra molecole e ioni. queste forze sono responsabili della formazione delle

fasi liquide e solide in relazione alla temperatura e influenzano: punto di liquefazione ed ebollizione solubilità dei gas, liquidi e solidi energie dei passaggi di stato

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Attrazione fra Ioni e Dipoli Permanenti (1)

L’acqua è altamente polare e può interagire con gli ioni per formare ioni idrati .

HH

water dipole

••

••

O-δ

+δ

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Attrazione fra Ioni e Dipoli Permanenti (2)

Entalpia di idratazione

L’interazione tra ione e dipolo dipende dalla carica dello ione, dal momento di dipolo della molecola polare, e dalla distanza ione-dipolo.

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Forze Dipolo-Dipolo (1) Tali forze legano l’una all’altra molecole che

hanno dipoli permanenti. Aumentano con l ’ a u m e n t a r e d e l m o m e n t o d i p o l a r e e diminuiscono con l’aumentare della distanza tra le molecole

Influenzano l’evaporazione di un liquido, la condensazione di un gas, e la solubilità di un soluto

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Legame a Idrogeno Una forma particolare di attrazione

dipolo-dipolo

Il legame ad idrogeno è più forte quando X ed Y sono N, O, o F

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Legame a Idrogeno – H2O

Il legame ad idrogeno è particolarmente perchè

•  Il legame O—H è molto polare

•  Vi sono 2 coppie solitarie sull’atomo di O

8 Legame a Idrogeno: implicazioni

Il ghiaccio ha una struttura aperta.

La sua densità è minore del liquido.

Pertanto il solido galleggia sul liquido.

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FORZE DIPOLO / DIPOLO INDOTTO (1) Come possono molecole non-polari quali O2 ed I2

solubilizzarsi in acqua?

Il dipolo dell’acqua INDUCE un dipolo nella nuvola elettronica dell’O2.

FORZE INTERMOLECOLARI CHE COINVOLGONO MOLECOLE NON POLARI

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FORZE DIPOLO / DIPOLO INDOTTO (2) •  Il processo di induzione di un dipolo è detto polarizzazione

•  Il grado di distorsione della nube elettronica di un atomo o molecola è la sua polarizzabilità.

La solubilità di un gas in acqua aumenta con la sua massa.

11 INTERAZIONI DIPOLO INDOTTO / DIPOLO INDOTTO

(forze di dispersione di London) Sono le uniche forze intermolecolari che permettono alle

molecole non polari di interagire tra loro

Formazione di un dipolo fra due molecole di I2 nonpolari.

12 Proprietà dei Liquidi

- I liquidi hanno volume proprio ed assumono la forma del contenitore - I liquidi sono quasi incomprimibili - Le molecole sono in moto continuo - Vi sono apprezzabili forze intermolecolari - Le molecole sono vicine l’una all’altra

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I passaggi di stato

sublimazione

brinamento

fusione

evaporazione

condensazione

solido

liquido

aeriforme solidificazione

14 L’evaporazione

L’evaporazione è un fenomeno che riguarda solo la superficie del liquido, le particelle con energia cinetica sufficiente possono vincere le forze di attrazione che le legano alle altre particelle e diventare vapore.

L’evaporazione è favorita dall’aumento della superficie del liquido, dalla ventilazione, dall’incremento della temperatura.

L e p a r t i c e l l e i n superficie devono v i n c e r e f o r z e d i attrazione di minore ent i tà r ispet to a q u e l l e p r e s e n t i a l l ’ i n t e r n o d e l liquido

Forze di coesione

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Liquidi

La distribuzione delle energie molecolari in fase liquida

L’energia cinetica delle molecole è proporzionale alla temperatura.

.

0

Num

ber o

f mol

ecul

es

Molecular energyminimum energy neededto break IM forces and evaporate

higher Tlower T

Energia minima necessaria per rompere le forze intermolecolari

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Si chiama tensione di vapore la pressione esercitata dal vapore saturo sul proprio liquido.

La velocità di evaporazione è uguale alla velocità di condensazione

In un recipiente chiuso, le particelle di vapore saturano lo spazio sovrastante il l i q u i d o , o p p o n e n d o s i all’evaporazione e favorendo la condensazione.

Tensione di Vapore

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Misura della tensione di vapore

Il liquido nel pallone evapora esercitando una pressione nel manometro

18 Curve di Tensione di Vapore

Quando la tensione di vapore raggiunge il valore di 1 atm si ha l’ebollizione.

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La pressione di vapore di un composto ad una data temperatura dipende dalle forze intermolecolari.

C 2 H 5 H 5 C 2 H H 5 C 2 H H

water alcohol ether

Forza crescente delle interazioni intermolecolari

H-bonds H-bonds

dipole- dipole

O O O

Liquidi

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Liquidi Il calore necessario (a P costante) per

vaporizzare una mole di un composto liquido si chiama entalpia di vaporizzazione. Liquido + calore ---> Vapore

Composto ΔHvap (kJ/mol) Forze IM H2O 40.7 (100 oC) legame a idrogeno SO2 26.8 (-47 oC) dipolo Xe 12.6 (-107 oC) dipolo indotto

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La risultante delle forze di interazione molecolare su una molecola è denominata forza di coesione (se si sviluppa fra molecole identiche) o forza di adesione (se si sviluppa fra molecole diverse). forze di coesione ⇒ tengono insieme le sostanze forze di adesione ⇒ fanno attrarre sostanze diverse (acqua su vetro)

Capillarità

Effetti della capillarità sull’acqua e mercurio

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menisco

concavo

H 2 O in

glass

tube

Forze di adesione

tra l’acqua

e il vetro

Forze di coesione

tra le molecole

d’acqua

23 Capillarità

La risalita dell’acqua sulla lastrina di carta dipende dalla formazione di legami ad H tra H2O ed i gruppi OH della cellulosa nella carta.

24 Liquidi – Tensione Superficiale

Le molecole poste in superficie subiscono una forza attrattiva verso l’interno del liquido.

Chiamiamo Tensione Superficiale l’energia necessaria per rompere la superficie

Le molecole in superficie si comportano in maniera differente rispetto a quelle poste all’interno.

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Tensione superficiale