struttura e proprietà stato di aggregazione …………………………
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Struttura e proprietà
Stato di aggregazione
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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