Quali sono le forze intermolecolari?

In chimica, le forze intermolecolari descrivono varie forze elettrostatiche presenti tra atomi e molecole. Queste forze includono forze ione-dipolo, legame idrogeno, forze dipolo-dipolo e forze di dispersione di Londra. Sebbene queste forze siano generalmente molto più deboli dei legami ionici o covalenti, possono comunque avere una grande influenza sulle caratteristiche fisiche di liquidi, solidi o soluzioni.

Tutte le forze intermolecolari sono di natura elettrostatica. Ciò significa che la meccanica di queste forze dipende dalle interazioni di specie cariche come ioni ed elettroni. I fattori relativi alle forze elettrostatiche, come l'elettronegatività, i momenti di dipolo, le cariche ioniche e le coppie di elettroni, possono influenzare notevolmente i tipi di forze intermolecolari tra due specie chimiche.

Le forze ione-dipolo sono presenti tra gli ioni e le cariche parziali alle estremità delle molecole polari. Le molecole polari sono dipoli e hanno un'estremità positiva e un'estremità negativa. Gli ioni con carica positiva sono attratti dall'estremità negativa di un dipolo e gli ioni con carica negativa sono attratti dall'estremità positiva di un dipolo. La forza di questo tipo di attrazione intermolecolare aumenta con l'aumentare della carica ionica e aumentando i momenti di dipolo. Questo particolare tipo di forza si trova comunemente nelle sostanze ioniche disciolte nei solventi polari.

Per molecole e atomi neutri, le forze intermolecolari che possono essere presenti includono forze dipolo-dipolo, legame idrogeno e forze di dispersione di Londra. Queste forze formano le forze di van der Waals, che prendono il nome da Johannes van der Waals. In generale, sono più deboli delle forze ione-dipolo.

Le forze dipolo-dipolo si verificano quando l'estremità positiva di una molecola polare si avvicina all'estremità negativa di un'altra molecola polare. La forza stessa dipende dalla vicinanza delle molecole. Più lontane sono le molecole, più deboli sono le forze dipolo-dipolo. L'entità della forza può anche aumentare con l'aumento della polarità.

Le forze di dispersione di Londra possono verificarsi tra specie chimiche non polari e polari. Sono chiamati in onore del loro scopritore, Fritz London. La forza stessa si verifica a causa della formazione di dipoli istantanei; questi possono essere spiegati dal movimento degli elettroni nelle specie chimiche.

I dipoli istantanei vengono creati quando gli elettroni intorno a una specie chimica sono attratti dal nucleo di un'altra specie chimica. In generale, le forze di dispersione di Londra sono maggiori per molecole più grandi, perché le molecole più grandi hanno più elettroni. I grandi alogeni e i gas nobili, ad esempio, hanno punti di ebollizione più alti rispetto ai piccoli alogeni e ai gas nobili per questo motivo.

I legami idrogeno si verificano tra atomi di idrogeno in un legame polare e coppie di elettroni non condivise su piccoli ioni o atomi elettronegativi. Questo tipo di forza intermolecolare è spesso visto tra atomi di idrogeno e fluoro, ossigeno o azoto. I legami idrogeno si trovano nell'acqua e sono responsabili dell'elevato punto di ebollizione dell'acqua.

Le forze intermolecolari possono avere un profondo effetto sulle caratteristiche fisiche di una specie chimica. Tipicamente, alti punti di ebollizione, punti di fusione e viscosità sono associati ad elevate forze intermolecolari. Sebbene siano molto più deboli dei legami covalenti e ionici, queste forze di attrazione intermolecolare sono ancora importanti nel descrivere il comportamento delle specie chimiche.