CHIMICA
Molecole Polari e Molecole Apolari
Le molecole sono aggregati stabili d'atomi legati tra loro con legami covalenti.
Ci sono molecole formate da due soli atomi o formate da migliaia di atomi, ma in ogni caso esse sono particelle elettricamente neutre, nel senso che all'interno di ciascuno la carica positiva totale è esattamente uguale a quella negativa.
Per questo motivo le molecole in qualsiasi stato di aggregazione hanno scarsissima tendenza a condurre la corrente elettrica.
Si deve comunque tenere conto che la varietà delle proprietà fisiche che mostrano le sostanze molecolari è grandissima.
Anche se ci si limita a considerare lo stato di aggregazione, dobbiamo prendere nota di differenze enormi: ci sono sostanze che diventano solide soltanto a temperature così basse da sfiorare lo zero assoluto (l'idrogeno è solido soltanto al di sotto di -259°C) mentre i cristalli di fluoro e di zolfo fondono ben oltre i 200°C.
Per spiegare queste differenze così accentuate tra le temperature di solidificazione delle sostanze occorre riferirsi alle forse inter-molecolari, cioè alle forze elettriche con cui si attraggono reciprocamente le molecole.
La polarità di una molecola è una proprietà che dipende da due caratteristiche intrinseche delle stesse: la forma geometrica, cioè la disposizione relativa agli atomi, e la distribuzione della carica elettrica, cioè la disposizione relativa agli elettroni negativi e dei nuclei positivi.
In generale le molecole in cui la distribuzione delle cariche elettriche è simmetrica si chiamano molecole apolari.
Le sostanze costituite da questo tipo di molecole sono chiamate sostanze apolari.
Molecola di F2
Nella molecola di fluoro F2 gli atomi sono uguali, i nuclei positivi e così pure il numero di elettroni di ciascun atomo; inoltre gli elettroni di legame si muovono in una zona situata esattamente a metà tra i due nuclei.
Se potessimo riunire tutte le cariche in un punto, troveremmo esattamente nel punto di mezzo tra i due nuclei, proprio dove si trova il punto medio della distanza tra i due nuclei positivi.
In altre parole il centro delle cariche negative coincide con il centro delle cariche positive: quindi le cariche opposte si annullano a vicenda e la molecola si comporta come se non ne avesse.
In generale le molecole che, a causa di una distribuzione asimmetrica della carica elettrica, presentano al loro interno due distinte polarità sono chiamate molecole polari.
Le sostanze costituite da molecole di questo tipo sono chiamate sostanze polari.
Le molecole polari sono anche chiamate semplicemente dipoli.
Molecola di HCl. In questa molecola i due atomi sono legati da un legame covalente polarizzato che produce una distribuzione asimmetrica della carica all'interno della molecola.
Il cloro, che è più elettronegativo, assume una parziale carica negativa mentre sull'atomo di idrogeno si concerta un uguale parziale carica positiva.
In conclusione, all'interno della molecola le cariche totali positive e negative sono sempre uguali, però sono distribuite in modo non simmetrico, risultano sbilanciate e producono così due polarità.
Le molecole biatomiche formate da atomi uguali o con la stessa elettronegatività sono sicuramente apolari.
Le molecole biatomiche formate da atomi che hanno diversa elettronegatività sono sicuramente polari.
A seconda della differenza di elettronegatività tra i due atomi il legame potrà essere più o meno polarizzato, cioè la quantità di carica addensata alle estremità delle molecole potrà essere maggiore o minore. Di conseguenza avremo molecole debolmente polari e molecole fortemente polari.
Nel caso in cui le molecole contengano tre o più atomi bisogna ricordarsi che:
- Se gli atomi sono uguali la situazione è comunque chiara: non possono esserci legami polarizzato e quindi le molecole poliatomiche degli elementi sono sempre apolari.
- Se gli atomi sono diversi i legami sono quasi sicuramente polarizzati, ma per fare previsioni si deve considerare la forma geometrica:
Quando la struttura, e quindi anche la distribuzione della carica, è perfettamente simmetrica la molecola è apolare.
Quando la struttura, e quindi anche la distribuzione della carica, è asimmetrica la molecola è apolare.
Molecola di CO2
In base alla teoria VSEPER l'anidride carbonica ha una struttura lineare, e proprio a causa della geometria lineare della molecola le cariche sono distribuite in modo simmetrico cosicché l'effetto della polarizzazione di un doppio legame viene annullato dall'altro: nonostante nelle molecole ci siano legami covalenti polarizzati, esse risultino apolari e quindi il diossido di carbonio è una sostanza apolare
Molecola di CHCl3.
Nella molecola di cloroformio la polarizzazione del legame C-H è diversa da quella degli altri legami C-Cl e proprio per questo la distribuzione delle cariche non è più simmetrica e la molecola risulta polare.
FORZE DIPOLO-DIPOLO E FORZE DI VAN DER WAALS
Molte sostanze molecolari e temperatura ambiente di presentano allo stato solido o allo stato liquido e in ogni caso dobbiamo sapere che lo stato di aggregazione di una sostanza ad una determinata temperatura dipende:
- Dalla massa delle molecole
- Dall'intensità delle forze di attrazione tra le molecole
Per valutare la forza di questi legami ci limitiamo a considerazioni riguardanti l'analisi delle temperature dei passaggi di stato.
Consideriamo le forze di attrazione che si manifestano tra le molecole dipolari. Si tratta di forze di natura elettrica che si generano tra il polo positivo di una molecola polare e quello negativo di un'altra molecola: viene quindi a crearsi una rete di legami.
Le forze che tengono unite le molecole di sostanze polari allo stato condensato sono chiamate forze di attrazione dipolo-dipolo.
Tuttavia anche tra le molecole apolari esistono forze di attrazione
Il continuo movimento degli elettroni all'interno delle molecole porta ad una distribuzione non simmetrica delle cariche elettriche positive e negative con formazione di dipoli istantanei che cambiano continuamente il segno della loro polarità.
La natura delle interazioni tra le molecole fu studiata n particolare dallo scienziato olandese J. D. van der Waals.
Successivamente i risultati di van der Waals furono ripresi e approfonditi dal chimico tedesco F. London che ne diede un'interpretazione più completa e rigorosa.
In generale si chiamano forze di van der Waals o forze di dispersione di London le attrazioni di natura elettrica che si stabiliscono tra le molecole apolari, quando le sostanze, si trovano negli stati condensati.
In generale le forze dipolo-dipolo che si instaurano tra le molecole polari sono più intense delle forze di van der Waals che si manifestano tra le molecole apolari.