In che modo stanno insieme le molecole visto che tra loro c’è uno spazio vuoto? Esistono forze di natura elettrostatica che, prevalendo sull’agitazione termica delle molecole stesse, riescono a mantenerle vicine. Queste forze sono i legami intermolecolari che, nel loro insieme, vanno sotto il nome di forze di Van der Waals.
Le forze di Van der Waals possono avvenire fra molecole polari, creando dipoli permanenti che tengono vicine le molecole, oppure possono instaurarsi fra molecole apolari attraverso cariche istantanee. Un’interazione particolare fra dipoli permanenti è il legame idrogeno, che si forma quando sono coinvolte molecole polari che contengono atomi di idrogeno legati ad atomi di fluoro, ossigeno o azoto.
La natura e l’intensità delle forze intermolecolari dipendono dalla polarità dei legami fra gli atomi che costituiscono le molecole e la loro geometria molecolare.
Ma, a loro volta, le forze intermolecolari quali proprietà influenzano? Vediamole nel dettaglio:
- Viscosità. La viscosità è la proprietà della materia allo stato fluido che esprime la resistenza allo scorrimento, quindi dipende dalle forze che trattengono le molecole: più forti sono le forze intermolecolari, maggiore è il grado di viscosità.
- Tensione superficiale. La tensione superficiale è la proprietà della materia allo stato liquido in cui le forze di attrazione tra le molecole assicurano che il liquido tenda a mantenere la sua superficie la più ridotta possibile. Il legame idrogeno, che è una forza intermolecolare forte, produce una maggiore tensione superficiale, il che rende ragione della forma sferica delle gocce d’acqua.
- Solubilità. La solubilità è la capacità di una sostanza di sciogliersi in un’altra, a una data temperatura. Se le forze intermolecolari del soluto e del solvente sono simili, come ad esempio tra un soluto e un solvente entrambi polari, la sostanza è solubile. Al contrario, se le forze intermolecolari sono diverse la solubilità è minima o nulla.
- Densità. La densità è il rapporto fra massa e volume di un materiale ed è influenzata dalla disposizione delle molecole. Infatti, a massa costante, se le molecole sono più coese, il volume totale risulta minore e la densità aumenta. Se, al contrario, le molecole sono più distanziate, occupano un volume maggiore e la densità diminuisce. L’acqua è l’esempio più palese: il ghiaccio ha densità minore dell’acqua liquida perché le molecole, essendo in una struttura cristallina ordinata, presentano tra loro più spazio vuoto rispetto alle molecole dell’acqua liquida che sono più disordinate, ma più vicine, e occupano quindi un volume minore.
- Punto di fusione e punto di ebollizione. Le temperature a cui una sostanza da solido passa a liquido e da liquido a gas sono più alte quanto più la sostanza presenta forze intermolecolari forti, ovvero è necessaria più energia per separare le molecole. L’acqua ha un punto di ebollizione alto rispetto a molecole simili per la presenza dei legami idrogeno che, fra i legami intermolecolari, risulta essere relativamente il più forte.
- Compressibilità. La compressibilità di un gas è la capacità di diminuire il proprio volume quando viene imposta una pressione maggiore. Più le forze intermolecolari sono deboli, maggiore è la compressibilità della sostanza; infatti, le molecole dei gas sono molto distanti tra loro e si muovono in tutte le direzioni rispetto ai liquidi o ai solidi che presentano, al contrario, forze intermolecolari più forti, i solidi più dei liquidi perché in strutture più ordinate, rendendo più difficoltosa la compressibilità.
In conclusione, i legami intermolecolari giocano un ruolo fondamentale nel determinare le proprietà fisiche e chimiche delle sostanze.
ATTIVITA’: Guarda il tutorial sul Legame idrogeno e fai le tue considerazioni