Il legame tra le molecole - Ticino.com
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OSS – Capitolo 3<br />
Forze <strong>tra</strong> <strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
1<br />
<strong>Il</strong> <strong><strong>le</strong>game</strong> <strong>tra</strong> <strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
Obiettivo<br />
L'obiettivo di questa <strong>le</strong>zione è piuttosto ambizioso. Partendo dal concetto di dipolo e<strong>le</strong>ttrico e<br />
passando per la forma del<strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> arriveremo a definire il concetto di dipolo tota<strong>le</strong> di una<br />
mo<strong>le</strong>cola. Finalmente con questo strumento potremo capire fatti sperimentali <strong>com</strong>e: la solubilità dei<br />
sali, la immiscibilità dell'acqua con gli oli, ecc.<br />
Prerequisiti<br />
Aver ben in chiaro i concetti di <strong><strong>le</strong>game</strong> cova<strong>le</strong>nte polare e apolare e il <strong><strong>le</strong>game</strong> cova<strong>le</strong>nte polare con i<br />
dipoli e<strong>le</strong>ttrici dei suddetti <strong>le</strong>gami.<br />
<strong>Il</strong> dipolo e<strong>le</strong>ttrico tota<strong>le</strong> di una mo<strong>le</strong>cola<br />
quel<strong>le</strong> che ne sono prive si chiamano sostanze apolari.<br />
La forza dipolo-dipolo<br />
Dobbiamo ora <strong>com</strong>binare <strong>le</strong><br />
osservazioni precedenti e capire <strong>com</strong>e<br />
sarà la disposizione degli e<strong>le</strong>ttroni<br />
all'interno del<strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> cova<strong>le</strong>nti.<br />
Facciamo alcuni esempi.<br />
Importante è la somma vettoria<strong>le</strong> di<br />
tutti i dipoli e<strong>le</strong>ttrici. Se la somma è<br />
nulla la mo<strong>le</strong>cola non avrà un dipolo<br />
tota<strong>le</strong>, mentre se la soma non è nulla<br />
ci sarà un dipolo tota<strong>le</strong>. Le sostanze<br />
che possiedono un dipolo tota<strong>le</strong> sono<br />
chiamate sostanze polari, mentre<br />
Prendiamo del<strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> polari (es. acqua, acido cloridrico, alcol, ecc. ). Tra di loro ci saranno<br />
del<strong>le</strong> forze di at<strong>tra</strong>zione dovute al fatto che una parte della mo<strong>le</strong>cola ha una carica positiva mentre<br />
l'al<strong>tra</strong> ha una carica negativa e quindi tutte <strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> si disporranno in modo da massimizzare <strong>le</strong><br />
forze di at<strong>tra</strong>zione. Osserveremo anche che <strong>le</strong> sostanze polari si sciolgono bene <strong>tra</strong> loro: infatti <strong>le</strong><br />
forze dipolo-dipolo vengono conservate. Nel caso dell'acqua il <strong><strong>le</strong>game</strong> dipolo-dipolo è talmente<br />
forte e ben strutturato che ha un nome particolare: si chiama <strong><strong>le</strong>game</strong>-idrogeno. Nell'immagine fina<strong>le</strong><br />
si può ben osservare perché <strong>le</strong> sostanze polari si sciolgono <strong>tra</strong> loro. I dipoli sono in grado di disporsi<br />
in modo favorevo<strong>le</strong>.
OSS – Capitolo 3<br />
Forze <strong>tra</strong> <strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
2<br />
La forza dipolo-ione<br />
Perché il sa<strong>le</strong> (o i sali) si sciolgono in acqua? Abbiamo visto che i sali sono <strong>com</strong>posti da ioni<br />
positivi e ioni negativi, ordinati in un reticolo. Se messi a contatto con l'acqua molti sali si<br />
sciolgono: <strong>le</strong> forze di at<strong>tra</strong>zione <strong>tra</strong> gli ioni nel solido sono sostituite da forze <strong>tra</strong> gli ioni e i dipoli<br />
del solvente. Tuttavia questa sostituzione di forze non è sempre efficiente; a volte i dipoli non sono<br />
in grado di rompere <strong>le</strong> forze <strong>tra</strong> determinati ioni. Per questo motivo esistono sali più solubili e sali<br />
meno solubili.
OSS – Capitolo 3<br />
Forze <strong>tra</strong> <strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
3<br />
Le forze di Van der Waals<br />
Le sostanze che non possiedono un dipolo hanno<br />
<strong>com</strong>unque deboli forze di at<strong>tra</strong>zione <strong>tra</strong> una mo<strong>le</strong>cola<br />
e l'al<strong>tra</strong>. Queste forze sono dovute al fatto che gli<br />
e<strong>le</strong>ttroni, in perenne movimento attorno agli atomi,<br />
possono per brevi momenti essere casualmente<br />
distribuiti in modo asimmetrico. Ta<strong>le</strong> distribuzione<br />
influenza <strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> limitrofe che si adattano,<br />
spostano anche loro un pochino della loro densità<br />
e<strong>le</strong>ttronica in modo appropriato. Certamente queste<br />
forze sono estremamente labili, si formano e si<br />
rompono velocemente, al con<strong>tra</strong>rio del<strong>le</strong> forze dipolodipolo.<br />
Tuttavia sono forze che aumentano di<br />
importanza con l'aumentare del<strong>le</strong> dimensioni del<strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> e del numero di e<strong>le</strong>ttroni in questione.<br />
<strong>Il</strong> “razzismo” dell'acqua (e del<strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
polari)<br />
Proviamo ora ad immaginare perché l'acqua non si<br />
mischia con l'olio e viceversa. La ragione è molto<br />
semplice. Aggiungendo mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> apolari (senza dipolo)<br />
ad un insieme di mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> polari succederà una cosa<br />
molto ovvia: tutta una serie di forze di at<strong>tra</strong>zione dipolodipolo<br />
andranno perse. Per questo motivo <strong>le</strong> sostanze<br />
polari non accettano che del<strong>le</strong> sostanze apolari si possano<br />
infil<strong>tra</strong>re <strong>tra</strong> loro.
OSS – Capitolo 3<br />
Forze <strong>tra</strong> <strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
4<br />
<strong>Il</strong> funzionamento dei saponi<br />
È incredibi<strong>le</strong> quanti fenomeni possiamo spiegare con <strong>le</strong> conoscenze di base che abbiamo posto. I<br />
saponi per esempio hanno un funzionamento faci<strong>le</strong> da capire. Possiedono una parte della mo<strong>le</strong>cola<br />
che è polare o in certi casi addirittura ionica(e che quindi ama l'acqua), mentre l'al<strong>tra</strong> parte ha un<br />
<strong>com</strong>portamento decisamente apolare e quindi amante dei grassi. I saponi si aggregano quindi in<br />
quel<strong>le</strong> che tecnicamente si chiamano micel<strong>le</strong>. Una micella è un aggregato sferico di mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong> di<br />
sapone dove la parte apolare si ritrova all'interno e la parte polare all'esterno. Lo sporco e l'unto che<br />
deve essere rimosso durante il lavaggio en<strong>tra</strong> all'interno della micella e viene in un certo senso reso<br />
solubi<strong>le</strong> in acqua.<br />
Laboratorio<br />
Da proporre<br />
Obiettivo della <strong>le</strong>zione<br />
Prerequisiti teorici<br />
Legame chimico, <strong><strong>le</strong>game</strong> ionico, <strong><strong>le</strong>game</strong> cova<strong>le</strong>nte polare e apolare.<br />
Procedimento<br />
Riempire 6 provette con un fondo di acqua. Nella prima provetta aggiungere benzina verde,<br />
nella seconda aggiungere olio, nella terza aggiungere acetone, nella quarta aggiungere<br />
alcol, nella quinta aggiungere alcuni granellini di sa<strong>le</strong> da cucina e nella sesta aggiungere un<br />
punta di spatola si bicarbonato di sodio. Mescolare e verificare se di formano misce<strong>le</strong><br />
omogenee o eterogenee.<br />
Riempire 5 provette con un fondo di benzina verde. Nella prima provetta aggiungere olio,<br />
nella seconda aggiungere acetone, nella terza aggiungere alcol, nella quarta alcuni<br />
granellini di sa<strong>le</strong> da cucina e nella quinta aggiungere una punta di spatola di bicarbonato di<br />
sodio. Mescolare e verificare se di formano misce<strong>le</strong> omogenee o eterogenee.<br />
Riempire 4 provette con un fondo di olio. Nella prima provetta aggiungere acetone, nella<br />
seconda alcol, nella terza alcuni granellini di sa<strong>le</strong> da cucina e nella quarta aggiungere una<br />
punta di spatola di bicarbonato di sodio. Mescolare e verificare se di formano misce<strong>le</strong><br />
omogenee o eterogenee.<br />
Riempire 3 provette con un fondo di acetone. Nella prima provetta aggiungere alcol, nella
OSS – Capitolo 3<br />
Forze <strong>tra</strong> <strong>le</strong> mo<strong>le</strong>co<strong>le</strong><br />
5<br />
seconda aggiungere alcuni granellini di sa<strong>le</strong> da cucina e nella terza aggiungere una punta di<br />
spatola di bicarbonato di sodio. Mescolare e verificare se si formano misce<strong>le</strong> omogenee o<br />
eterogenee.<br />
Riempire 2 provette con un fondo di alcol. Nella prima aggiungere alcuni granellini di sa<strong>le</strong><br />
da cucina e nella seconda aggiungere una punta di spatola di bicarbonato di sodio.<br />
Mescolare e verificare se si formano misce<strong>le</strong> omogenee o eterogenee.<br />
Risultati<br />
Acqua<br />
Riportare nella tabella i risultati del<strong>le</strong> osservazioni<br />
Acqua Benzina Olio Acetone Alcol NaCl NaHCO 3<br />
XXXXXX<br />
Benzina XXXXXX XXXXXX<br />
Olio XXXXXX XXXXXX XXXXXX<br />
Acetone XXXXXX XXXXXX XXXXXX XXXXXX<br />
Alcol XXXXXX XXXXXX XXXXXX XXXXXX XXXXXX<br />
Discussione<br />
Partendo dai tipi di <strong><strong>le</strong>game</strong> presenti nei vari liquidi spiegate i risultati osservati.<br />
Che tipo di <strong><strong>le</strong>game</strong> chimico devono avere alcol e acetone per giustificare il <strong>com</strong>portamento<br />
osservato?
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