La materia si può presentare in diversi stati fisici o stati di aggregazione.
Gli stati di aggregazione della materia sono in stretta relazione con la libertà di movimento (moti traslazionali) delle particelle (molecole, atomi o ioni), ovvero con la capacità che esse hanno di vincere e di svincolarsi dalle forze di interazione intermolecolare.
* Il movimento è espressione dell'energia cinetica di cui le particelle sono dotate; questa è a sua volta direttamente proporzionale alla temperatura; l'energia cinetica media è data infatti dalla relazione di Boltzmann: Ec = 3/2 nRT
* Le forze di reciproca interazione (attrattive o repulsive) conferiscono alle particelle una determinata energia potenziale e sono da mettere in relazione con la natura stessa delle particelle e con la distanza tra loro.
Le forze di interazione intermolecolari, che sono di natura essenzialmente elettromagnetica, sono rappresentate dai legami a ponte di idrogeno e dalle forze di van der Waals.
A seconda del tipo di energia che prevale (cinetica o potenziale), la materia si può presentare in tre diversi stati di aggregazione: gassoso, liquido, solido.
Forze di van der Waals. Questo tipo di interazioni interessa sia molecole polari che apolari.
Particolarmente importanti sono le interazioni che coinvolgono molecole apolari (dipolo istantaneo-dipolo indotto), che sono definite generalmente interazioni idrofobiche.
L'energia di attrazione è proporzionale alle dimensioni della nuvola elettronica ed aumenta quindi con le dimensioni e, in ultima analisi, con il peso molecolare della molecola. L'energia delle interazioni di van der Waals è dell'ordine di 0.2 - 0.5 kcal/mol.
Legame a idrogeno. Un esame dei punti di ebollizione di sostanze come l'acqua, l'acido fluoridrico e l'ammoniaca, indica che queste molecole devono essere tenute insieme da forze di attrazione ben più intense delle deboli interazioni di van der Waals.
Tali interazioni sono rappresentate dai legami a ponte di idrogeno, detti anche semplicemente legami a idrogeno.
L'energia dei legami a idrogeno è di un ordine di grandezza inferiore a quella di un legame vero e proprio: da 1 a 10 kcal/mol, da confrontare con le 110 kcal/mol di un legame covalente O-H.
Tuttavia, considerando che una singola molecola può formare anche diversi legami a idrogeno (una molecola d'acqua può formarne quattro), si capisce l'importanza che può assumere questo tipo di interazione nel determinare le proprietà chimico-fisiche delle sostanze.
Un requisito essenziale affinché un atomo di idrogeno possa formare un legame a ponte è che esso sia legato (covalentemente) ad un elemento fortemente elettronegativo e di piccole dimensioni. In pratica, l'idrogeno può formare legami di questo tipo solo quando è legato all'ossigeno, all'azoto o al fluoro, ma non quando è legato a carbonio, zolfo o cloro.
Il legame a ponte di idrogeno è molto importante dal punto di vista biochimico: basti pensare che due catene di DNA sono tenute insieme da legami di questo tipo e che i legami a idrogeno giocano un ruolo essenziale nel determinare e nello stabilizzare la struttura secondaria e terziaria delle proteine.
A) glicosidico
B) peptidico
C) disolfuro
D) a ponte di idrogeno
E) ionico
Le forze di interazione intermolecolari influenzano le temperature di fusione e di ebollizione delle sostanze.
Ogni sostanza ha valori caratteristici dei punti di fusione e di ebollizione. La differenza dei punti di ebollizione delle varie sostanze può essere sfruttata per la loro separazione da miscele liquido-liquido, mediante la tecnica della distillazione.
A) il differente punto di ebollizione
B) il differente peso specifico
C) la differente densità
D) la differente energia cinetica
E) la differente massa