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CAPITOLO
9
Le forze intermolecolari, i liquidi e i solidi Sommario 9.1 9.2
La teoria della cinetica molecolare dei liquidi e dei solidi Le forze intermolecolari Le forze dipolo-dipolo • Le forze ione-dipolo • Le forze di dispersione • Il legame idrogeno
9.3
Le proprietà dei liquidi La tensione superficiale • Viscosità • La struttura e le proprietà dell’acqua
9.4
La struttura cristallina
9.5 9.6
La diffrazione dei raggi X nei cristalli I legami nei solidi
L’impaccamento delle sfere
I cristalli ionici • I cristalli molecolari • I cristalli covalenti • I cristalli metallici
I passaggi di stato
©Ken Karp/McGraw-Hill Education
9.7
L’equilibrio liquido-vapore • L’equilibrio liquido-solido • L’equilibrio solido-vapore
9.8
I diagrammi di stato Il biossido di carbonio • L’acqua
Concetti fondamentali Le forze intermolecolari Le forze intermolecolari, che sono responsabili del comportamento non ideale dei gas, giustificano anche l’esistenza degli stati condensati della materia – quello liquido e quello solido. Queste interazioni s’instaurano tra molecole polari, tra ioni e molecole polari, e tra molecole apolari. Un tipo speciale di forza intermolecolare, denominato legame idrogeno, descrive l’interazione tra l’atomo di idrogeno coinvolto in un legame polare e un atomo elettronegativo come O, N o F. Lo stato liquido I liquidi tendono ad assumere le forme dei loro contenitori. La tensione superficiale di un liquido è l’energia necessaria per aumentare la sua area superficiale. Si manifesta nella sua azione capillare, che è responsabile dell’innalzamento (o abbassamento) di un liquido in un piccolo tubicino. La viscosità è la misura della resistenza di un liquido al fluire. Essa diminuisce sempre all’aumentare della temperatura. La struttura dell’acqua presenta la singolarità per cui il suo stato solido (il ghiaccio) è meno denso del suo stato liquido. Lo stato cristallino Un solido cristallino possiede un ordine rigido e a lungo raggio. È possibile ottenere differenti strutture cristalline impaccando sfere identiche in modi diversi nelle tre dimensioni. Il legame nei solidi Gli atomi, le molecole o gli ioni sono tenuti insieme in un solido mediante diversi tipi di legame. Le for-
In condizioni atmosferiche, il biossido di carbonio solido non fonde; può soltanto sublimare.
ze elettrostatiche sono responsabili della formazione dei solidi ionici, le forze intermolecolari dei solidi molecolari, i legami covalenti dei solidi covalenti e un tipo particolare d’interazione, che coinvolge elettroni delocalizzati sull’intero cristallo, spiega l’esistenza dei metalli. I passaggi di stato È possibile passare da uno stato all’altro della materia mediante riscaldamento o raffreddamento. Due fasi si trovano all’equilibrio alla temperatura di transizione, come durante l’ebollizione o il congelamento. I solidi possono anche essere convertiti direttamente in vapore mediante la sublimazione. Al di sopra di una determinata temperatura, il gas di una sostanza non può essere liquefatto. Le relazioni pressionetemperatura per gli stati solido, liquido e vapore sono perfettamente rappresentate in un diagramma di stato.