Legami Chimici: L'Energia di Legame, I Gas Nobili e la Regola dell'Ottetto, Tipi di Legame, Appunti di Chimica

Scarica Legami Chimici: L'Energia di Legame, I Gas Nobili e la Regola dell'Ottetto, Tipi di Legame e più Appunti in PDF di Chimica solo su Docsity! I legami chimici L’energia di legame Non tutte le possibili combinazioni di atomi possono esistere. Affinché si instauri un legame chimico fra due o più atomi, è necessario che l’aggregato risultante abbia un’energia potenzia minore degli atomi separati, condizione che assicura una maggiore stabilità al prodotto che si forma. Si ha la formazione di un legame chimico solo se il processo di aggregazione tra atomi libera energia. L’energia di legame è la quantità di energia che è necessario fornire ad una mole di sostanza per rompere il legame che tiene uniti i suoi atomi. Tanto più è grande l’energia, tanto più è stabile l’aggregato. La natura del legame che li unisce dipende dalle diverse proprietà degli elementi che si combinano; anche il legame determina il comportamento dell’aggregato. I diversi tipi di legame I gas nobili e la regola dell’ottetto La configurazione dei gas nobili è caratterizzata da otto elettroni esterni, fatta eccezione per l’elio, che ne ha soltanto due. Questa considerazione condusse il chimico Abegg a proporre la teoria secondo cui gli atomi cercano di conseguire la stessa configurazione dei gas nobili. Fino agli studi di Lewis, si credeva che i legami avvenissero solo per cessione o per accettazione di elettroni (legame ionico), quindi rimanevano inspiegate le nature di cloro (Cl») o idrogeno (H). Dunque, secondo Lewis, gli atomi possono raggiungere la configurazione di gas nobile non solo scambiando elettroni, ma anche condividendoli. Lewis definì questa tendenza degli atomi a raggiungere la configurazione di gas nobile nella regola dell’ottetto, secondo cui quando un atomo si lega con gli altri, raggiunge il massimo della stabilità scambiando o condividendo elettroni. Tuttavia, questa regola non è ferrea perché ci sono » alcune molecole che non raggiungono l’ottetto esterno (BeH», BH3) > edaltre che hanno più di otto elettroni nello strato di valenza (SF6) Il legame covalente Il legame covalente si forma tra elementi come C, H, O, N, S, CI, Br, F, L Il legame covalente si forma quando due atomi mettono in comune una o più coppie di elettroni. Gli elettroni sono messi in compartecipazione al fine di raggiungere la configurazione del gas nobile vicino e appartengono contemporaneamente ai due atomi che li condividono, risultando attratti da entrambi i nuclei positivi. Questa forza attrattiva determina una quantità di energia che rende costante la distanza tra i due nuclei e corrisponde all’energia necessaria per separare gli atomi delle molecole contenute in una mole di quella determinata molecola (per esempio: l’energia di legame di H) è di 436 kJ/mol). È importante ricordare che gli elettroni condivisi appartengono ad entrambi gli atomi. ® La lunghezza di legame La lunghezza di legame è la distanza che intercorre tra i nuclei di due atomi uniti da un legame covalente. Dipende dall’insieme delle forze attrattive e repulsive che agiscono all’interno dell’aggregato. La lunghezza varia in base al tipo di atomi ed alla forza di legame. Per esempio, nel caso dell’idrogeno, corrisponde a 74 picometri (o 0,74 Angstrom). * Ilegamicovalenti multipli Se gli atomi mettono in compartecipazione due o tre coppie di elettroni, i legami covalenti si dicono doppio (0;) o triplo (N3). acquista un solo elettrone. Il risultato è la formazione di due ioni CI per ogni ione Mg”. Il composto ha, quindi, formula: MgCl, * Icomposti ionici Ogni ione Na+, così come ogni ione CI-, è disposto secondo uno schema ben preciso, che andrà a costituire il cristallo di sale. Il tipo di disposizione è detto impacchettamento. Ogni catione è al centro di un cubo di anioni; così viceversa. Per ripetizione di tanti cubi uguali, si forma il reticolo cristallino. La formula dei composti ionici non indica una molecola specifica (perché il reticolo è un agglomerato ioni), ma l’unità fondamentale del legame ionico, che è elettricamente neutra (Na+CI' + NaCl). O Ilpunto di fusione L'esistenza di reticoli ionici, caratterizzati da forze attrattive intense, spiega l’elevato punto di fusione di questi composti ionici (es. NaCl = 801°C). Tutti i composti ionici sono buoni conduttori di elettricità allo stato fuso. L’acqua è capace di sciogliere molte sostanze ioniche, distruggendo il loro reticolo cristallino. Il legame metallico Il legame metallico è dovuto all’attrazione fra ioni metallici positivi e gli elettroni mobili che li circondano. «* Consideriamo il sodio, i cui atomi hanno un solo elettrone di valenza. Mentre i dieci elettroni interni di ciascun atomo sono legati più saldamente al nucleo, quello esterno può allontanarsi e muoversi liberamente. Il reticolo cristallino del sodio è, quindi, una sequenza ordinata di Na+, tra i quali vagano gli elettroni esterni di tutti gli atomi del cristallo (l’insieme di questi elettroni assume il nome di “mare di Fermi” o “mare di elettroni”). Le proprietà dei metalli, come la conducibilità elettrica e termica sono dovute alle libertà di movimento degli elettroni esterni. La forma delle molecole Che cosa intendiamo per forma delle molecole? Per descriverla sono necessarie due grandezze: > la lunghezza di legame (distanza che intercorre tra i nuclei di due atomi uniti in legame covalente); >» l'angolo di legame (l’angolo formato dagli assi che congiungono i nuclei degli atomi legati). La teoria VSEPR Nel 1957, Gillespie elaborò una teoria che permette di ricavare le architetture molecolari dalle formule di struttura di Lewis. Questa teoria è detta “teoria della repulsione delle coppie di elettroni del guscio di valenza”. I principi fondamentali della teoria sono: 1. La disposizione degli atomi in una molecola dipende dal numero totale di coppie elettroniche libere e condivise appartenenti al livello più esterno che circondano l’atomo centrale. 2. Poiché tali coppie elettroniche di uguale segno si respingono, esse si collocano alla maggiore distanza possibile l’una dall’altra. In base al numero di coppie elettroniche condivise, si ha che: >» Due coppie elettroniche che determinano un assetto lineare (es. BeH;) formano un angolo di legame di 180°, perché, essendo lo stesso atomo, ed avendo lo stesso segno, si respingono. > Tre coppie elettroniche (es. BeH:) determinano un assetto triangolare equilatero (triangolare planare), formando tre angoli di legame di di 120°. >» Quattro coppie elettroniche (es. CHy) determinano un assetto tetraedrico (solido a quattro facce triangolari), formando angoli di legame di 109,59.