Legami deboli o interazioni deboli

      La forza di un legame chimico viene stabilita in base alla energia del legame (corrispondente all'energia necessaria per spezzarlo):

ALCUNE ENERGIE DI LEGAME

Tipi di interazioni deboli

    Le interazioni deboli, essenzialmente di natura elettrostatica, si realizzano "tra" le molecole o specie chimiche già costituite con legami di tipo covalente (spesso indicate come forze intermolecolari), oppure "tra" parti diverse di una singola molecola generalmente piuttosto grande. Le aree interessate alle forze di attrazione devono essere, tendenzialmente, cariche di segno opposto.
    Le molecole si possono attrarre vicendevolmente solo a distanza ravvicinata. Tali forze attrattive, dette genericamente “forze di van der Waals” sono meno intense di quelle che si realizzano nei legami covalenti e, già a temperature relativamente basse, queste deboli interazioni di legame persistono per tempi molto brevi.
      Per quanto le forze intermolecolari siano dotate di scarsa energia, la loro esistenza è fondamentale nel determinare gli stati di aggregazione delle sostanze e sono anche responsabili di altre notevoli proprietà dei composti molecolari, come ad esempio la loro struttura cristallina, il punto di fusione, il punto di ebollizione, i calori di fusione e di vaporizzazione, la tensione superficiale e la densità.
      Le forze intermolecolari, in aggiunta a quanto detto, giocano un ruolo importante nello stabilizzare le forme tridimensionali delle macromolecole biologiche (enzimi e proteine). Lo "shape" di tali macromolecole è spesso indispensabile per una corretta esplicazione dell'attività fisiologica.
      Le forze intermolecolari possono essere PERMANENTI o TRANSITORIE. Le prime sono dovute all’interazione di specie chimiche contenenti gruppi permanentemente poveri di elettroni e altrettante zone elettron-ricche (molecole dipolari): in questa categoria rientra il legame idrogeno. Le seconde si presentano grazie ai moti termici in grado di provocare rapide oscillazioni delle nuvole elettroniche che determinano la formazione di dipoli momentanei.

Interazioni DIPOLO - DIPOLO

      Tutte le molecole tra le quali esiste questo tipo di interazione sono polari (Dipoli Permanenti) e tendono ad orientarsi disponendosi testa-coda con il risultato di una forza attrattiva (esempi: H₂O*, H₂S, HCl, SO₂). Allo stato gassoso, quando le molecole si avvicinano a sufficienza, l'interazione dipolare tende a manifestarsi, ma spesso non è in grado di legare permanentemente le molecole perchè queste sono dotate, a quella temperatura, di una quantità di moto sufficiente a prevenire la formazione di agglomerati stabili (condensa).

Possibili disposizioni 2D nella interazione attrattiva tra dipoli permanenti

Un dipolo permanente può interagire fortemente con uno ione; ad esempio gli ioni in soluzione acquosa sono fortemente solvatati (l'acqua è un dipolo permanente) ed il legame che si instaura contribuisce a determinare alcune proprietà termodinamiche delle soluzioni stesse (modello 3D).

Interazioni DIPOLO - DIPOLO INDOTTO

      Si instaurano tra molecole polari e altre apolari ma che risultano facilmente polarizzabili per induzione da parte delle molecole polari. L'intensità del legame dipende dalla polarizzabilità delle molecole (vedi oltre).

Interazioni DIPOLO ISTANTANEO - DIPOLO ISTANTANEO (forze di dispersione di London)

      Si instaturano tra molecole apolari. Le forze di legame sono dovute alla distorsione momentanea della nuvola elettronica che si propaga per induzione alle molecole circostanti. Nella figura a destra vengono illustrati, molto sommariamente, tre brevi istanti in successione per raffigurare la formazione del dipolo istantaneo-dipolo istantaneo indotto nel caso di una molecola biatomica omonucleare. La formazione dei dipoli e di quelli indotti persiste per tempi dell'ordine di 10^-14 o 10^-15 secondi ma sufficiente per produrre una netta forza di natura attrattiva.

      Come già detto per le forze dipolo-dipolo indotto, anche l'entità di questa interazione dipende dalla polarizzabilità delle molecole. Il dato semiquantitativo indica che la polarizzabilità, e quindi l'intensità dell'interazione, cresce nell'ordine He, H₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂.

Nel caso degli alogeni, la variazione graduale del loro stato di aggregazione, da uno stato meno condensato ad uno più condensato, è in accordo con l'incremento dei valori di polarizzabilità che si hanno scendendo lungo il gruppo.

Cloro (gas)	Bromo (liquido e vapori)	Iodio (solido e vapori)

Polarizzabilità
      La polarizzabilità di un atomo o di una molecola si riferisce principalmente alla facilità con cui gli elettroni possono essere spostati dalla loro posizione media. Gli elettroni interessati sono quelli di valenza, meno fortemente legati ai nuclei. Se si considerano gli elementi di un gruppo di non metalli, la polarizzabilità aumenta scendendo lungo il gruppo a causa della maggiore distanza dal nucleo e all'opera di schermo degli elettroni nei gusci più interni. Questo concetto si estende, nella maggioranza dei casi, anche alle dimensioni delle molecole, nel senso che le molecole di maggiori dimensioni presentano maggiore polarizzabilità