10.04.2001

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Piero chiede:

Perché acqua ed olio sono tra loro immiscibili? Esiste una tabella di sostanze immiscibili tra loro?

(risponde Nicola Buratti)

La causa dell’immiscibilità tra acqua ed olio è da ricercarsi nel tipo di interazioni che si instaurano tra le due sostanze, intendendo per “interazioni” le forze attrattive o repulsive che si formano quando molecole di una stessa sostanza o di sostanze differenti si avvicinano tra loro.

La forza agente tra due o più molecole è la sovrapposizione di tre tipi di forze:

1. Legame idrogeno: è un tipo molto forte di interazione dipolo-dipolo e si instaura quando un atomo di idrogeno è legato chimicamente ad un atomo molto elettronegativo in una molecola; si sviluppa una frazione di carica positiva sull'idrogeno che diviene altamente polarizzato (+) ed una frazione negativa sull'altro atomo (-). Inoltre è necessario che sul secondo atomo sia presente almeno una coppia di elettroni di non legame. Quando una seconda molecola si avvicina, si orienta in modo da esporre la propria coppia di elettroni liberi verso l'idrogeno [Fig.1] ed in questo modo si genera una grande forza di attrazione elettrostatica. Tipici atomi molto elettronegativi sono Ossigeno, Cloro, Azoto, Bromo. Il legame idrogeno è la più forte delle interazioni tra molecole in termini di energia. L 'intensità della forza dipende dall'atomo legato all'idrogeno e dalla coppia di elettroni libera.

2. Interazione dipolo-dipolo: quando due atomi generici differenti (X, Y) sono legati chimicamente, a causa della loro differente capacità di attrarre gli elettroni, si instaura tra loro una differenza di posizione tra il baricentro delle cariche positive (+) e negative (-) generando un dipolo elettrico [Fig.2] e la molecola si dice polare. Ora due dipoli elettrici vicini tendono ad orientarsi in modo che il baricentro del primo dipolo (+) sia vicino a quello (-) del secondo dipolo e ad attrarsi elettrostaticamente. L'effetto è simile al precedente, difatti il legame idrogeno non è che un tipo particolare di interazione dipolo-dipolo, ma in questo caso l'attrazione non è potenziata dalla presenza di elettroni liberi. Dopo il legame idrogeno, le interazioni dipolo sono le forze di attrazione intermolecolare maggiori. La loro intensità dipende dall'intensità del dipolo elettrico.

A: dipolo-dipolo indotto: quando una molecola polare si avvicina ad una non polare induce in quest'ultima un dipolo eletrico di minore intensità che perdura fintanto che le due molecole restano vicine. Si genera così attrazione come per il dipolo-dipolo [Fig.3]. L'intensità è proporzionale al dipolo che induce polarizzazione e dalla polarizzabilità della seconda molecola, grandezza che a sua volta cresce con la superfice della molecola.

B: dipolo istantaneo-dipolo indotto: sono dette forze di dispersione di London, dal nome del fisico che le ha studiate. Gli elettroni che si muovno continuamente attorno ad un nucleo creano piccolissimi dipoli istantanei che inducono a loro volta dipoli istantanei su molecole vicine. Queste forze sono debolissime, ma la loro somma genera una risultante che tiene assieme molecole non polari. Sono proporzionali alla superfice delle molecole interagenti.