Struttura e proprietà

Stato di aggregazione

…………………………

Lo stato d’aggregazione descrive la libertà di movimento reciproco delle particelle di un elemento o composto

completamente libere stato gassoso

parzialmente libere stato liquido

per niente libere stato solido

In termini di energia:

nello stato gassoso hanno completa libertà di movimento e posseggono quindi elevata energia cinetica; non essendo legate tra loro, non posseggono sostanzialmente energia

potenziale di legame

nello stato liquido hanno libertà di movimento parziale; posseggono sia energia cinetica sia energia

potenziale di legame, che ne limita parzialmente il movimento

nello stato solido la loro libertà di movimento è limitata solo a piccole oscillazioni attorno a una posizione fissa, dove sono confinate a causa

dell’elevata energia potenziale di legame.

Tutti i reticoli ionici, covalenti non molecolari, e metallici sono quindi solidi.

Elementi formati da atomi isolati sono gassosi,

come i gas nobili

e tutti gli elementi portati allo stato di atomi isolati.

I composti molecolari hanno un comportamento più complesso.E’

necessario definire le forze intermolecolari che limitando in diversa misura il

movimento reciproco delle molecole sono responsabili dello stato di aggregazione.

Queste possono essere nulle, deboli o forti, a seconda dell’esistenza di momenti

dipolari permanenti o indotti. Si tratta infatti di forze elettrostatiche responsabili di

eventuali legami intermolecolari.

Momenti dipolari permanenti

Momenti dipolari indotti

(+) (-)(+) (-) [dipoli istantanei] Cl-Cl-----Cl-Cl[dipoli istantanei]

PARTICOLARE LEGAME INTERMOLECOLARE

LEGAME AD IDROGENO

X – H….. Y X, Y = N, O, F, (3,0 ; 3,5 ; 4)

Legame direzionali, lungo i doppietti liberi,

N uno, O due, F tre.

Un importante legame ad H, il caso delle eliche del DNA

halogen molecule structure modeld(X−X) / pm(gas phase)

d(X−X) / pm(solid phase)

fluorine F2                             143 149

chlorine Cl2                                          199 198

bromine Br2

                                               228 227

iodine I2                      

                         266 272

Un caso importante di momenti dipolari indotti,

fluoro e cloro gas, bromo liquido, iodio solido.

Sommario legami tra cariche

Molecole con elevati momenti dipolari permanenti formano composti liquidi o solidi

(raro), gli altri casi non sono prevedibili.

Esempi………………………………..

Forze relative per le diverse interazioni

Legami covalenti

Legami a idrogeno

Interazioni dipolo-dipolo

Forze di London

100 kJ/mol 5-25 kJ/mol 10 kJ/mol Meno di 4

kJ/mol

O—H...:N (29 kJ/mol) O—H...:O (21 kJ/mol) N—H...:N (13 kJ/mol) N—H...:O (8 kJ/mol)

COMPOSTI IONICI

Proprietà

Punti di fusione ed ebollizione

Sono elevati perchè occorre una grande quantità di energia termica per separare gli ioni legati da forti forze elettrostatiche.

Conduttività elettrica

I composti ionici solidi a temperatura ambiente non conducono perché le cariche sono fisse, conducono dopo fusione allo stato liquido, perché le cariche acquistano mobilità

Durezza

La maggior parte dei composti ionici sono duri e la superficie dei cristalli si scalfisce a fatica. Gli ioni sono legati fortemente e non sono facilmente sostituibili.

Fragilità

La maggior parte dei composti ionici sono fragili. Il cristallo non sopporta distorsioni che avvicinano ioni dello stesso segno che quindi tendono a respingersi.

COMPOSTI COVALENTI MOLECOLARI

Proprietà

Punti di fusione ed ebollizione

Bassi. Durante il passaggio di stato le molecole si separano, le forze di attrazione tra le molecole sono deboli.

Conduttività elettrica

Nulla. Le molecole non sono cariche. Non ci sono particelle cariche libere.

Proprietà fisico meccaniche

Sono da relazionare con le deboli attrazioni tra le molecole che sono di conseguenza facilmente sostituibili.

COMPOSTI COVALENTI NON MOLECOLARI

Proprietà

Punti di fusione ed ebollizione

Sono elevati perchè ogni atomo è legato agli altri da forti legami covalenti. Molti legami devono essere rotti nel passaggio di stato e quindi occorre una grande quantità di energia termica.

Conduttività elettrica

Presentano scarsa conducibilità perché gli elettroni non sono mobili. La grafite è un’eccezione.

Durezza Sono duri perché gli atomi sono legati fortemente nel lattice e non sono facilmente sostituibili.

METALLI

Proprietà

Punti di fusione ed ebollizione

I metalli hanno alte temperature di fusione e di ebollizione a causa della grande quantità di energia richiesta per rompere il forte legame metallico nel “lattice”

Conduttività elettrica

Conducono a causa della elevata mobilità degli elettroni legata alla teoria delle bande di conduzione e alla presenza di orbitali molecolari delocalizzati

Proprietà fisico-

meccaniche

A causa della natura non direzionale del legame metallico gli atomi si possono scambiare senza alterare la struttura. I metalli sono malleabili, duttili e possono ospitare difetti nella struttura cristallina.

Interazione con la luce

Elettroni liberi sono eccitati da fotoni assorbiti e li riemettono creando l’effetto della lucentezza.

La struttura del benzene

si ripete nella grafite

Grafite

Solidi covalenti non molecolari

DIODO