Il legame chimico - .Ibridazione degli orbitali. 28 Ibridazione degli orbitali - CH4: 4 legami, 1

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Il legame chimico

Gli atomi tendono a combinarsi con altri atomi per dare un sistema finale pi stabile di quello iniziale (a minor contenuto di energia).

MOLECOLE

ATOMI

2Distanza fra nuclei

Ener

gia

pote

nzia

le

0

Stati repulsivi di non legame

Stati attrattivi di legame

r = distanza di legameSituazione di minor energia

Energia di dissociazione del legame

D

Prevalgono le forze repulsive, E aumenta

Interazione attrattiva fra nuvole elettroniche e nucleo

E totale diminuisce Quando la distanza = r, si forma il legame

2 atomi lontani luno dallaltro: nessuna forza dinterazioneE = 0

3

Nei vari tipi di legami sono coinvolti gli elettroni periferici = elettroni di valenza

Gli elettroni vengono trasferiti o condivisi in modo che ogni atomo acquisti una configurazione elettronica particolarmente stabile (gas nobile con 8 elettroni = ottetto)

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Legame ionico Legame di natura elettrostatica:elettroni trasferiti da un atomo a bassa energia di ionizzazione (elettropositivo) ad un atomo ad elevata affinit elettronica (elettronegativo)Il legame risulta da lattrazione elettrostatica fra i due ioni con carica diversa

Formazione di ioni

5

Na ([1s2, 2s2, 2p6, 3s1]) + Cl ([1s2,2s2,2p6,3s2,3p5] Na+([1s2, 2s2, 2p6) + Cl- ([1s2,2s2,2p6,3s2,3p6]

Na+ + Cl- NaCl

Formazione di un solido cristallino nel quale ogni ione attrae il maggior numero possibile di ioni di segno opposto

6

legame ionico

Formazione di cationi

Metalli dei gruppi 1 e 2 tendono a cedere 1 e 2 elettroni e formare cationi M+, M2+ con la stessa struttura elettronica del gas nobile precedente

Li Li+ + e-[He] 2s1

Ca: Ca2+ + 2 e-

[Ar] 4s2

7

Formazione di anioniI non metalli dei gruppi 16, 17, 18 tendono ad acquisire elettroni per formare anioni con la stessa struttura elettronica del gas nobile successivo

..: Br : + e- . ..

..: Br :

-

[Ar] 3d10, 4s2, 4p5OTTETTO

legame ionico

8

K [Ar] 4s1 + Cl [Ne] 3s2 3p5

K+ + Cl-

Cl-K+

Formazione di un legame ionico-trasferimento di elettroni ioni-attrazione elettrostatica fra gli ioni

Elettroneutralit dei composti ionici:numero di elettroni ceduti = numero di elettroni acquistati.

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..2- ..

Ca : + : O : ..

Ca2+ + : O :+ -

ogni ione attrae il maggior numero possibile di ioni di segno opposto : si forma un solido cristallino

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coppia di elettroni condivise tra gli atomi gli elettroni appartengono ad entrambi gli atomi

Teoria di lewis

Legame covalente dovuto alla condivisione tra 2 atomi di una o pi coppie elettroniche in modo che ciascun atomo raggiunga la configurazione del gas nobile (regola dellotteto)

Legame covalente

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H 1s1 H Li [He] 2s1Li Na [Ne] 3s1 Na K [Ar] 4s1 K Rb [Kr] 5s1 Rb Cs [Xe] 6s1 Cs

Be [He] 2s2 Be:Mg [Ne] 3s2 Mg:Ca [Ar] 4s2 Ca:Sr [Kr] 5s2 Sr:Ba [Xe] 6s2 Ba:

Simboli di Lewis

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F [He] 2s22p5 :F:

Cl [Ne] 3s23p5 :Cl:

Br [Ar] 4s24p5 :Br:

I [Kr] 5s25p5 :I:

..

..

..

..

.

.

.

.

Regola dellottetto

Gli atomi, condividendo la coppia di elettroni di legame, tendono a circondarsi di un ottetto di elettroni.

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H + H H:H

Legame covalente omonucleareCondivisione di elettroni fra atomi uguali

Molecola H2

Cl + Cl

H - H

Cl - Cl Molecola Cl2

Legami multipliGli atomi possono condividere 4 o 6 elettronilegami doppi o tripli

Legami singoli

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Legame covalente eteronucleareLegame covalente eteronucleareCondivisione di elettroni tra atomi diversiCondivisione di elettroni tra atomi diversi

Quando gli atomi hanno diverse elettronegativit il doppietto il doppietto elettronico elettronico pi vicino a uno degli atomi Si forma un legame covalente polare.

H Fe-

e- e-

e-

e-

e- e-

e-

H Fe-

e-

e- e-

e- e-

e-

e--+

+

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+ + + + + +

+ + + + + +

+ + + + + +

Legame metallico Legame metallico Gli elettroni di valenza non sono legati ad un particolare Gli elettroni di valenza non sono legati ad un particolare atomo ma sono condivisi fra tutti gli atomi sono atomo ma sono condivisi fra tutti gli atomi sono delocalizzati.delocalizzati.

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Legame Legame ionicoionico

Legame Legame covalentecovalente

LegameLegamemetallicometallico

Legame Legame Covalente Covalente polarepolareElettropositivo +

ElettronegativoElettronegativo +Elettronegativo

Elettropositive + Elettropositive

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Il legame covalente formato da una coppia di elettroni con spin opposti che si trovano in un orbitale atomico

H isolato 1s1

H in molecola 1s2

F isolato 1s2, 2s2, 2p5

F in molecola 1s2, 2s2, 2p6

Rappresentazione del legame covalente

Strutture di Lewis

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H + O + H H:O:H.... ..

..

Elettroni doppietti Condivisi elettronici

non partecipanti al legame

Ottetto

Strutture di Lewis

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Calcolare il numero di elettroni nella struttura di Lewis = somma degli elettroni di valenza di tutti gli atomi

Disegnare la struttura organizzando gli atomi legati con un legame singolo (2 elettroni)

Distribuire gli elettroni rimanenti (a coppie) in modo da soddisfare la regola dellottetto (Ad eccezione dellidrogeno, ogni atomo deve essere circondato da un ottetto)Elettroni di valenza + numero di legami = 8

Posizionare gli elettroni non di legame sullatomo centrale

Se latomo centrale non circondato da un ottetto, provare legami multipli

Come disegnare una struttura di Lewis

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C tetravalente?

esempi

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C ha configurazione 2s22p2 ma tetravalente Differenza di energia fra i livelli s e p bassa un elettrone s promosso al livello p configurazione sp3

Be: 2s2 sp per (2 elettroni spaiati)Al e B: s2p1 sp2 (3 elettroni spaiati)

Queste transizioni sono possibili perch la debole energia di promozione compensata dallenergia di formazione di legame.

Casi particolari

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H:C:H C::C H:C:::C:HH

H H

H::

: :

Legame singolo Legame doppio Legame triplo

H-C-H C=C H-C C-HH

H H

H

H....H

H

H

Composti organici

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Covalenza dativa o coordinativa

Si parla di covalenza dativa quando un atomo fornisce due elettroni ad un altro atomo che presenta un livello vuotoesempio di livello vuoto: Latomo di boro B: [He] 2s2,2p1 pu formare 3 legami covalenti (BF3)

rimane un livello p vuoto che pu ricevere due e-

Latomo di azoto N: [He] 2s2 2p3 pu formare 3 legami covalenti(NH3)

presenta un doppietto che non partecipa al legamedisponibile per un eventuale prestito.

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H

H

H

. ..Nx

x xxx + B

F

F

F...+++

......

....

.. ......

H

H

H

. ..Nx

x xxx B

F

F

F...+++

......

....

.. ......

H-NB-FH

H

F

F

Ottetto incompleto

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SO42-

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Orbitale molecolareOrbitale molecolare risulta dalle fusione degli orbitali atomici Consiste in una nuvola elettronica intorno ad entrambi i nuclei con

una maggiore probabilit di trovare gli elettroni tra due nuclei piuttosto che agli estremi

Orbitale 1s Orbitale 1s SovrapposizioneOrbitale molecolaredi legame

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Elettroni di legame provenienti da diversi orbitali

- CH4: 4 legami, 1 orbitale s, 3 orbitali p- BCl3: 3 legami, 1 orbitale s, 2 orbitali p

E stato dimostrato sperimentalmente che i legami sono identici.Linterpretazione di questo comportamento che gli orbitali dei legami

non sono puri ma ibridi.

Ad esempio, 1 orbitale p e 1 orbitale s si trasformano in 2 orbitali equivalenti denominate sp. 2 orbitali p e 1 orbitale s si trasformano in 3 orbitali equivalenti denominate sp2. 3 orbitali p e 1 orbitale s si trasformano in 4 orbitali equivalenti denominate sp3.

Ibridazione degli orbitali

28

Ibridazione degli orbitali- CH4: 4 legami, 1 orbitale s, 3 orbitali p

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Formazione del legame doppio delletilene CH2=CH2

1 orbitale s + 2 orbitali p ibridazione sp2

Legame con 1 C e 2H

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Un orbitale p per ogni atomo di carbonio non partecipa al legame

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Si forma il legame per sovrapposizione degli orbitali p

1 legame + 1 legame

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Formazione del legami triplo dellacetilene CH=CH1 orbitale s + 1 orbitali p ibridazione sp

Legame

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Due orbitali p per ogni atomo di carbonio non partecipano al legame

1 legame + 2 legami

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Energia e lunghezza di legame

La coesione della molecola risulta dallattrazione elettrostaticafra i nuclei positivi e gli elettroni negativi che si trovano principalmente fra di loro.

Lenergia di legame = differenza fra lenergia della molecola e quella degli atomi separati, dipende dalla forma dellorbitale.

La lu