Forze dipolari dipolari



il forze dipolo dipoloo le forze di Keesom sono quelle interazioni intermolecolari presenti nelle molecole con momenti di dipolo permanente. È una delle forze di Van der Waals e, sebbene sia tutt'altro che il più forte, è un fattore chiave che spiega le proprietà fisiche di molti composti.

Il termine "dipolo" si riferisce esplicitamente a due poli: uno negativo e uno positivo. Quindi, parliamo di molecole dipolari quando hanno definito regioni di densità elettroniche alte e basse, il che è possibile solo se gli elettroni "migrano" preferenzialmente verso certi atomi: il più elettronegativo.

L'immagine in alto illustra le interazioni dipolo-dipolo tra due molecole A-B con momenti di dipolo permanente. Inoltre, si può osservare come le molecole siano orientate in modo che le interazioni siano efficienti. In questo modo, la regione positiva δ + attrae la regione negativa δ-.

Secondo quanto sopra, si può specificare che questo tipo di interazioni sono direzionali (a differenza delle interazioni di carica-carica ionica). Le molecole nel loro ambiente orientano i loro poli in modo tale che, sebbene siano deboli, la somma di tutte queste interazioni fornisce una grande stabilità intermolecolare al composto.

Ciò si traduce in composti (organici o inorganici) in grado di formare interazioni dipolo-dipolo che presentano alti punti di ebollizione o di fusione.

indice

  • 1 momento dipolare
    • 1.1 Simmetria
    • 1.2 Asimmetria in molecole non lineari
  • 2 Orientamenti dei dipoli
  • 3 Interazioni con ponti di idrogeno
  • 4 riferimenti

Momento dipolare

Il momento di dipolo μ di una molecola è una grandezza vettoriale. In altre parole: dipende dalle direzioni in cui è presente un gradiente di polarità. Come e perché questa sfumatura ha origine? La risposta sta nei collegamenti e nella natura intrinseca degli atomi degli elementi.

Ad esempio, nell'immagine superiore A è più elettronegativa di B, quindi nel collegamento A-B la densità elettronica più alta si trova intorno a A.

D'altra parte, B "abbandona" la sua nuvola elettronica e, quindi, è circondata da una regione povera di elettroni. Questa differenza nelle elettronegatività tra A e B crea il gradiente di polarità.

Poiché una regione è ricca di elettroni (δ-) mentre l'altra è povera di elettroni (δ +), compaiono i due poli, che, a seconda delle distanze tra loro, producono diverse magnitudini di μ, che è determinata per ciascun composto .

simmetria

Se una molecola di un dato composto ha un μ = 0, allora si dice che sia una molecola apolare (anche se ha gradienti di polarità).

Per capire come la simmetria - e quindi la geometria molecolare - giochi un ruolo importante in questo parametro, è necessario considerare nuovamente il collegamento A-B.

A causa della differenza delle loro elettronegatività, ci sono regioni definite ricche e povere di elettroni.

Cosa accadrebbe se i collegamenti fossero A-A o B-B? In queste molecole non ci sarebbe il momento di dipolo, poiché entrambi gli atomi si attraggono allo stesso modo degli elettroni del legame (legame covalente al cento per cento).

Come si può vedere nell'immagine, né la molecola A-A né la molecola B-B sono regioni ricche o povere di elettroni (rosso e blu) ora osservate. Qui un altro tipo di forze è responsabile per tenere insieme2 e B2: interazioni dipolo-dipolo indotte, note anche come forze di Londra o forze di dispersione.

Al contrario, se le molecole fossero di tipo AOA o BOB, ci sarebbero delle repulsioni tra i loro poli perché hanno le stesse cariche:

Le regioni δ + di due molecole BOB non consentono un'interazione dipolo-dipolo efficiente; lo stesso accade per le regioni δ delle due molecole di AOA. Inoltre, entrambe le coppie di molecole hanno un μ = 0. Il gradiente di polarità O-A viene annullato in modo vettoriale con quello del legame A-O.

Di conseguenza, nella coppia AOA e BOB entrano in gioco anche le forze di dispersione, a causa dell'assenza di un orientamento efficace dei dipoli.

Asimmetria in molecole non lineari

Il caso più semplice è quello della molecola CF4 (o digita CX4). Qui, C ha una geometria molecolare tetraedrica e le regioni ricche di elettroni sono ai vertici, in particolare sugli atomi elettronegativi di F.

Il gradiente di polarità C-F è annullato in una qualsiasi delle direzioni del tetraedro, facendo sì che la somma vettoriale di tutti questi valori sia uguale a 0.

Quindi, sebbene il centro del tetraedro sia molto positivo (δ +) e i suoi vertici molto negativi (δ-), questa molecola non può formare interazioni dipolo-dipolo con altre molecole.

Orientamenti dei dipoli

Nel caso delle molecole lineari A-B, queste sono orientate in modo tale da formare le interazioni dipolo-dipolo più efficienti (come mostrato nell'immagine sopra). Quanto sopra è applicabile allo stesso modo per altre geometrie molecolari; per esempio, quelli angolari nel caso di NO molecole2.

Pertanto, queste interazioni determinano se il composto A-B è un gas, un liquido o un solido a temperatura ambiente.

Nel caso dei composti A2 e B2 (quelli delle ellissi viola), è molto probabile che siano gassosi. Tuttavia, se i loro atomi sono molto voluminosi e facilmente polarizzabili (che aumenta le forze di Londra), allora entrambi i composti possono essere solidi o liquidi.

Più forti sono le interazioni dipolo-dipolo, maggiore è la coesione tra le molecole; allo stesso modo, i punti di fusione e di ebollizione del composto saranno più alti. Questo perché sono necessarie temperature più alte per "rompere" queste interazioni.

D'altra parte, un aumento della temperatura fa vibrare, ruotare e muovere le molecole più frequentemente. Questa "agitazione molecolare" danneggia gli orientamenti dei dipoli e, quindi, le forze intermolecolari del composto si indeboliscono.

Interazioni con ponti di idrogeno

Nell'immagine in alto sono mostrate cinque molecole d'acqua che interagiscono con i legami idrogeno. Questo è un tipo speciale di interazioni dipolo-dipolo. La regione povera di elettroni è occupata da H; e la regione ricca di elettroni (δ-) è occupata da atomi altamente elettronegativi N, O e F.

Cioè, molecole con atomi di N, O e F legati a H possono formare legami di idrogeno.

Pertanto, i legami idrogeno sono O-H-O, N-H-N e F-H-F, O-H-N, N-H-O, ecc. Queste molecole hanno momenti di dipolo permanenti e molto intensi, che li orientano correttamente per "sfruttare al massimo questi ponti".

Sono energeticamente più deboli di qualsiasi legame covalente o ionico. Sebbene la somma di tutti i legami di idrogeno nella fase di un composto (solido, liquido o gas) induca a mostrare proprietà che la definiscono come uniche.

Ad esempio, questo è il caso dell'acqua, i cui ponti di idrogeno sono responsabili del suo alto punto di ebollizione e che nello stato di ghiaccio è meno denso dell'acqua liquida; motivo per cui gli iceberg galleggiano nei mari.

riferimenti

  1. Forze dipolo-dipolo. Estratto il 30 maggio 2018 da: chem.purdue.edu
  2. Apprendimento illimitato Dipole-Dipole Force. Estratto il 30 maggio 2018 da: courses.lumenlearning.com
  3. Jennifer Roushar (2016). Forze dipolo-dipolo. Estratto il 30 maggio 2018 da: sophia.org
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 maggio 2018). Quali sono esempi di legame all'idrogeno? Estratto il 30 maggio 2018 da: thoughtco.com
  5. Mathews, C.K., Van Holde, K.E. e Ahern, K.G. (2002) Biochimica. Terza edizione. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimica. (8 ° ed.). Apprendimento CENGAGE, p 450-452.
  7. Utente Qwerter (16 aprile 2011). Legami idrogeno modello 3D in bagno. [Figura]. Estratto il 30 maggio 2018 da: commons.wikimedia.org