Il legame chimico: di cosa si tratta?, Appunti di Chimica

Scarica Il legame chimico: di cosa si tratta? e più Appunti in PDF di Chimica solo su Docsity! unità 3: IL LEGAME. CHIMICO 1. Che cos'e un legame chimico? definiamo legame chimico l'interazione che tiene un atomo unito a un altro devono stare vicini Legami primari e legami secondari legami primari = legami che tengono insieme gli atomi appartenenti alla stessa molecola sono più forti legami secondari = si formano tra atomi appartenenti a molecole diverse sono più deboli I legami primari permettono l'esistenza di molecole come H?0 e HCl: determinano la natura di un composto. legame covalente, legame ionico, legame metallico. I legami secondari impediscono che le molecole di una sostanza siano indipendenti tra loro senza di essi non esisterebbero sostanze molecolari allo stato solido o liquido le singole molecole si legame dipolo-dipolo, legame a.idrogeno, allentaner ebbero le une legame tra molecole non polari. L'energia di legame l'energia di legame è la quantità di energia necessaria per rompere i legami di un certo tipo presenti in una mole di sostanza allo stato gassoso Un legame si forma solo se l'energia della molecola è inferiore a quella degli atomi isolati. Viene misurata in kJ/mol. Fornisce un'indicazione della forza del legame considerato. La regola dell'ottetto La regola dell'ottetto di stabilità afferma che un atomo è stabile quando possiede l'ottetto elettronico al livello energetico esterno. Per poter raggiungere la configurazione stabile gli atomi possono seguire due strade: - cedere o acquistare uno o più elettroni a un altro atomo i due atomi si trasformano in ioni di carica opposta, che si attraggono, e tra di essi si forma un legame ionico. - condividere uno o più elettroni di valenza con un altro atomo si forma un legame covalente La notazione di Lewis Per rappresentare gli elettroni di valenza coinvolti nella formazione dei legami si usa la notazione di Lewis o diagramma a punti. - sono dei puntini disposti attorno al simbolo dell'elemento - quando sono più di quattro, vengono disegnati a coppie rappresentano i doppietti elettronici Il legame covalente dativo Nel legame covalente dativo la coppia di elettroni in compartecipazione proviene da un solo atomo, il donatore, mentre il secondo atomo, l'accettatore, mette a disposizione un orbitale vuoto in cui gli elettroni possano muoversi, è la base della formazione delle molecole colorate Il legame dativo che si forma tra due atomi di molecole diverse è detto legame di coordinazione. es. NH‘+ ione ammonio + H H HiN: + Hr >» H:N: > Ht H H ‘ammoniaca ione idrogeno ione ammonio es. H*0+ ione ossonio H . ione H + ‘j idrogeno | TI l'acqua coordina uno ione idrogeno H:0: +H- H:0:H acqua ione ossonio responsabile dell'acidità delle soluzioni Alcuni composti dotati di un atomo donatore sono importanti in biologia, come il gruppo eme dell'emoglobina che coordina e trasporta uno ione di ferro; altri sono dei potenti catalizzatori; altri infine sono utilizzati nell'analisi chimica in particolare per il riconoscimento di ioni in soluzione, a cui si legano in modo Specifico. Legami delocalizzati e formule di risonanza Delocalizzazione = fenomeno che accade quando la coppia dinelettroni coinvolta nella formazione del doppio legame, sia mobile e si ripartisca tra due atomi per descrivere questa struttura Linus Pauling creò le formule di risonanza es. SO? gli elettroni essendo mobili, si spostano dando strutture uguali ® ® A°-0 e/S& o O o O 3. Il legame ionico Il legame ionico consiste nel trasferimento di elettroni dall'atomo.meno elettronegativo a quello più elettronegativo. Il primo atomo perde elettroni e si trasforma in uno ione positivo, mentre il secondo atomo acquista elettroni e diventa uno ione negativo. entrambi raggiungono una configurazione elettronica stabile e tra essi si creano forze elettriche attrattive Da legame covalente polare a legame ionico Il legame ionico si stabilisce per attrazione elettrostatica tra uno ione positivo e uno negativo e si forma tra atomi con differenza di elettronegatività superiore a 1,9. in realtà non esiste una distinzione netta: quando cresce la differenza di elettronegatività, cambiano le caratteristiche e aumenta la percentuale di ionicità del legame IL cloruro di sodio L'esempio più noto di composto ionico è NaCl. ne slecttn to forme + ” Na cation Ion. 2° D° NaCl: — [Na] cl: Lewis structure of NaCl il sodio assume la configurazione del neon e diventa Na+, mentre il cloro quella dell'argo quindi sarà Cl- Ircomposti ionici sono tutti solidi cristallini, poiché ogni ione positivo si circonda di ioni negativi e viceversa, formando la struttura del reticolo cristallino. il suo principio costruttivo è l'alternanza tra cariche positive e negative 4. Il legame metallico I metalli allo stato elementare formano reticoli cristallini, nei quali non ci sono nè legami ionici nè legami covalenti. si pensa quindi che gli atomi metallici si trasformino a causa della bassa tutti in ioni positivi, perdendo i propri elettroni esterni energia di ionizzazione si forma un legame completamente delocalizzato, data l'estrema mobilità delle nuvole elettroniche. Il legame metallico è caratterizzato dalla presenza di ioni positivi immersi in un mare di elettroni liberi di muoversi in tutto il reticolo cristallino Le proprietà dei metalli 1. conducibilità elettrica e termica: giustificate dalla libertà di movimento degli elettroni; 2. duttilità e malleabilità: spiegati con la repulsione tra gli ioni positivi 5. Geometria molecolare La teoria VSEPR Esiste un metodo semplice ma efficace per sapere com'è fatta una molecola. metodo VSEPR = Valence Shell Electrion Pair Repulsion repulsione delle coppie di elettroni nel livello di valenza teoria sviluppata da Gillespie e Nyholm in ogni molecola poliatomica esiste un atomo centrale che si lega a un certo numero di atomi circostanti secondo precise direzioni i legami tra l'atomo centrale e gli altri atomi, sono orientati nello spazio e tra di essi vi sono delle distanze angolari dette angoli di legame misurabili La teoria VSEPR asserisce che le coppie di elettroni di Valenza disposte intorno all'atomo centrale, avendo carica, uguale si respingono a vicenda e tendono a collocarsi alla massima distanza angolare possibile tra loro. Legami e orbitali Linus Pauling elaborò la teoria del legame di valenza, che dice che: =» un legame covalente si forma grazie alla sovrapposizione degli orbitali degli atomi contraenti, questo porta all'aumento della densità elettronica dei nuclei e quindi alla riduzione della loro reciproca repulsione; » a formare i legami sono gli orbitali semicompleti, che contengono un elettrone spaiato, al fine di riempirsi con una coppia di elettroni con spin antiparallelo; *» esistono due tipi di sovrapposizione, detti sigma o p greco. IL secondo si forma per Il primo si può ottenere per: sovrapposizione laterale di - sovrapposizione frontale di due orbitali Ss due orbitali di tipo p semicompleti, semicompleti e su assi - sovrapposizione di due orbitali p paralleli. La sovrapposizione - sovrapposizione di uno s e uno p è minore e la nuvola Così la sovrapposizione è massima e la forza del elettronica si trova sopra e legame è alta. sotto la linea tra i due nuclei, portando a un legame più debole. La formazione dei legami Si può spiegare la formazione dei legami rappresentando gli orbitali del livello esterno in un diagramma a caselle. * molecola H? Questo legame, che è covalente puro, si forma per sovrapposizione di orbitali sferici 15 semicompleti. Questo crea una nuvola elettronica lungo la linea tra i due nuclei e si forma un legame sigma. È * molecola F? Il fluoro ha confingurazione elettronica 1572572p5, il legame si forma per sovrapposizione frontale di due orbitali p semicompleti. La nuvola elettronica si distribuisce lungo la linea tra i due nuclei e si forma un legame sigma. * Molecola HF Il legame si forma per sovrapposizione di un orbitale semicompleto 15 dell'idrogeno e uno semicompleto p del fluoro. La nuvola elettronica sta tra i due nuclei, quindi è un legame sigma. ‘Molecola 02 Il doppio legame si crea per sovrapposizione frontale di due orbitali p semicompleti, formando un legame sigma e per sovrapposizione laterale di due orbitali psemicompleti, formando un legame p greco. La nuvola elettronica si dispone sopra e sotto della linea tra i due nuclei. ottett # è * Molecola N? Il triplo legame si forma per sovrapposizione frontale di due orbitali px semi completi, formando un legame sigma e per sovrapposizione laterale di due orbitali py e di due orbitali pz, formando due legami p greco. Ottetti $ Xx «NON — INN: N, +» tre coppie condivise legame covalente Molecola di azoto di elettroni triplo Quindi possiamo affermare che: - se un legame è singolo è semIre di tipo sigma; - il legame p greco si forma solo in un legame triplo o doppio; - il legame p greco si forma solo con atomi si piccole dimensioni. Limiti di validità della teoria VB La teoria VB non spiega la forma e gli angoli di legame di molecole più complesse. Non spiega inoltre il comportamento di atomi come il berillio, il boro e il carbonio. Questi problemi si possono spiegare grazie all'ipotesi che gli elettroni e gli orbitali cambino le loro caratteristiche prima di formare i legami, secondo il fenomeno dell'ibridazione. 7.L'ibridazione degli orbitali Gli atomi possono modificare la loro configurazione elettronica, cioè passare dallo stato fondamentale a uno stato eccitato, acquistando energia dall'esterno. A questo si aggiunge una modificazione degli orbitali, cioè l'ibridazione. L'ibridazione sp Nella molecola BeFz l'atomo di berillio promuove un elettrone da 25 a 2p. Ss Ps Py P: s Pi Py Pz Sp sp Py Pi ti —tl — t1t]L[L] stato fondamentale stato eccitato stato ibridato Intanto gli orbitali s e px semicompleti si mescolano e producono due orbitali ibridi sp. Questi si dispongono alla massima distanza angolare possibile (180°) e formano con due atomi di fluoro due legami signa identici. Si forma così una molecola lineare. L'ibridazione sp? Nella molecola BF3 l'atomo di boro porta un elettrone da 25 a 2p. sO Pa Py Pe sO Pa Py Ps spp spp, tl Lt — tl BH ]- Ultt | stato fondamentale stato eccitato stato ibridato Intanto gli orbitali s, px e py semicompleti producono tre orbitali ibridi sp? Questi si dispongono alla massima distanza angolare (120°) e formano tre legami sigma identici con tre atomi di fluoro. Si crea una molecola triangolare planare. L'ibridazione sp? Nella molecola CH* l'atomo di carbonio sposta un elettrone da 25 a 2p. SO Pr Py È: SO Pe Py Pz Psp spp Hi GR —-G Att stato fondamentale stato eccitato stato ibridato Intanto gli orbitali s, px, py e pz semicompleti producono quattro orbitali ibridi sp5 degeneri. Si dispongono alla massima distanza angolare possibile (109,5°) e formano quattro legami sigma identici con i quattro atomi di idrogeno. La molecola ha struttura tetraedica.