Le forze intermolecolari sono forze tra molecole. Rispetto alle forze che tengono insieme una molecola, di solito sono relativamente deboli, sebbene in definitiva siano le forze che tengono insieme le molecole nei liquidi e nei solidi. La forza dei materiali intermolecolari in una sostanza determina proprietà fisiche come il punto di ebollizione e il punto di fusione. È la debolezza delle forze intermolecolari nel propano che aiuta a spiegare perché è un gas a temperatura ambiente e pressione atmosferica.
Natura del propano
Il propano ha la formula molecolare C3H8: tre atomi di carbonio e 8 atomi di idrogeno. I tre atomi di carbonio formano un'unica catena con tre idrogeni sul carbonio a ciascuna estremità e due idrogeni sul carbonio centrale. Gli atomi alle due estremità di un singolo legame possono ruotare, quindi gli atomi alle due estremità di entrambi i legami ruotano a temperatura ambiente. Nella fase gassosa, le molecole volano in modo disorganizzato.
Distribuzione di elettroni
Ci piace pensare agli elettroni come particelle, ma in realtà si comportano in un certo senso come onde e in altri modi come particelle. Di conseguenza, non possiamo mai conoscere contemporaneamente la quantità di moto di un elettrone e la sua posizione. Gli elettroni sono distribuiti attorno a un nucleo come una nuvola in continuo movimento. Sebbene in media gli elettroni saranno distribuiti uniformemente, in un dato istante potrebbe esserci un squilibrio, con un eccesso di carica negativa in una regione e una riduzione della carica negativa in un altro. La molecola diventerà molto brevemente un dipolo, con una carica netta negativa in un'area e una carica netta positiva in un'altra.
Forze di dispersione di Londra
Le cariche opposte si attraggono; come le accuse respingono. Quando due molecole si avvicinano l'una all'altra, un dipolo istantaneo in una molecola attirerà cariche opposte nell'altra molecola e creerà un dipolo debole nella sua vicina. I due dipoli deboli ora si attraggono. Sebbene il dipolo istantaneo della prima continuerà a cambiare, il dipolo indotto nella seconda molecola seguirà l'esempio, quindi persisterà la debole attrazione tra le due molecole. Questo tipo di interazione intermolecolare è chiamata forza di dispersione di Londra. Generalmente, le molecole più grandi sono più facili da polarizzare, quindi sperimentano forze di Londra più forti rispetto alle molecole più piccole.
Forze di Londra in propano
Le forze di Londra sono l'unica forza intermolecolare che le molecole di propano sperimentano. Le molecole di propano sono relativamente piccole, quindi le forze di Londra tra di loro sono deboli, troppo deboli per tenerle insieme in fase solida o liquida a temperatura ambiente. Per trasformare il propano in un liquido, è necessario raffreddarlo, il che fa sì che le molecole si muovano più lentamente; a temperature molto fredde, anche le deboli interazioni di Londra possono tenere insieme le molecole di propano. La compressione del propano, quindi, lo trasformerà in un liquido.