Legami chimici Perch esistono i legami chimici Le

Legami chimici

Perché esistono i legami chimici ? • Le molecole sono aggregati stabili ed identici contenenti più atomi • La loro geometria non cambia al cambiare dello stato di aggregazione • Deve esistere una forma di interazione tra gli atomi.

IL LEGAME CHIMICO Indica le forze di attrazione che legano gli atomi nelle molecole e gli ioni nei reticoli cristallini. Si formano legami quando gli atomi legandosi raggiungono uno stato di maggiore stabilità (es. configurazione elettronica esterna completa di un gas nobile - otto elettroni - ). Sono di 4 tipi: 1. Legame COVALENTE 2. Legame DATIVO 3. Legame IONICO 4. Legame METALLICO

La VALENZA di un elemento è data dal numero di elettroni che esso deve perdere, o acquistare, o mettere in comune con uno o più atomi per completare il suo ottetto esterno di elettroni Elettroni di valenza = elettroni dello strato più esterno s 1 s 2 p 2 s 2 p 3 s 2 p 4 s 2 p 5 s 2 p 6 SIMBOLI DI LEWIS 4

ELETTRONEGATIVITÀ E’ la proprietà di un atomo in un legame di addensare su di sé la carica elettrica degli elettroni di valenza L’elemento più elettronegativo è quello che assume una carica negativa parziale rispetto all’altro Elettronegatività di alcuni elementi, secondo Pauling Nella tavola periodica l’elettronegatività aumenta da sinistra a destra e decresce dall’alto verso il basso H 2. 1 Li Be 1. 5 2. 0 2. 5 Na Mg Al Si K Ca 1. 0 0. 9 0. 8 1. 2 1. 0 B 1. 5 C 1. 8 N 3. 0 P O 4. 0 2. 1 2. 5 S Cl As Se Br 2. 0 2. 4 Te 2. 1 E’ inversamente correlata al raggio atomico F 3. 5 3. 0 2. 8 I 2. 5 5

IL LEGAME COVALENTE Legame fra due atomi che mettono in comune una o più coppie di elettroni di valenza formando molecole. Possono essere condivise al massimo tre coppie di elettroni, quindi si formeranno legami covalenti semplici, doppi o tripli. Le coppie di elettroni che sono coinvolte nel legame sono rappresentate (Lewis) con un trattino o due puntini. Il numero di coppie condivise indica se si tratta di un legame singolo, doppio o triplo. H 3 C ─ CH 3 H 2 C ═ CH 2 HC ≡ CH H 3 C: CH 3 H 2 C: : CH 2 HC: : : CH

LEGAME COVALENTE PURO o APOLARE : tra atomi con uguale elettronegatività. In questo caso, gli elettroni coinvolti nel legame risulteranno maggiormente attratti dall'atomo più elettronegativo, il legame risulterà quindi polarizzato elettricamente, cioè ognuno degli atomi coinvolti nel legame presenterà una carica elettrica parziale.

LEGAME COVALENTE POLARE : tra atomi con differente elettronegatività. La separazione di cariche è rappresentata da un vettore (momento dipolare) che va dal polo negativo (>elettronegatività) al polo positivo (<elettronegatività). m= d q _ + H Cl d = distanza tra le cariche q = valore della carica Il dipolo è un sistema costituito da due cariche elettriche uguali e di segno opposto, poste ad una distanza relativamente piccola tra loro

La presenza di legami polarizzati NON vuol dire automaticamente che la molecola sia polare: una molecola è polare se la somma dei vettori dei momenti dipolari dei singoli legami è diversa da zero. Quindi, la molecola dell’acqua è polare (vettore somma di m ≠ 0). Invece, l’anidride carbonica è apolare: m= d q O C O Vettore somma uguale a zero. Per stabilire se una molecola con più di un legame polare assuma carattere dipolare è necessario conoscere la sua struttura. Se le polarità di legame sono disposte in modo simmetrico, si annullano reciprocamente e la molecola non ha momento dipolare.

Come stabilire se una molecola è polare o non polare Quando in una molecola si verifica un addensamento di carica negativa in una zona ( -) e una conseguente rarefazione di essa ( +) in un’altra zona si crea un dipolo e la molecola si definisce dipolare.

IL LEGAME DATIVO • Esiste un tipo di legame covalente in cui gli elettroni messi in comune sono forniti entrambi da un solo atomo (datore) ad un altro che li riceve (ricettore). • Questo tipo di legame è considerato, oggi, un falso della chimica, poiché non è altro che un legame covalente particolare, ma dalle caratteristiche indistinguibili da un legame covalente vero e proprio. • In ogni caso, in questo tipo di legame, l’atomo datore deve avere una coppia di elettroni da mettere a disposizione.

Esempio: HCl. O H x. O ++ + Cl ++ acido ipocloroso ++ + H ─ O ─ Cl + ++ Cl ha tre coppie di elettroni ++ H ─ O ─ Cl ++ + ++ O H ─ O ─ Cl ─ O ++ H ─ O ─ Cl ─ O + ++ O + H ─ O ─ Cl + O

Formazione dello ione ammonio NH 3 + H+ NH 4+ L'ammoniaca dispone di una coppia di elettroni non impegnata in legame e mette in condivisione con il protone tale doppietto elettronico con la formazione di un legame covalente dativo. Il legame dativo viene indicato da una freccia che parte dall'atomo donatore e raggiunge l'atomo accettore della coppia di elettroni. 1 protone 10 protoni 10 elettroni 11 protoni 10 elettroni 13

Perché esistono molecole con stechiometria simile e geometrie differenti? n Ci sono molecole con stechiometria analoga (CO 2, SO 2 , H 2 O) ma geometrie differenti. n Poiché il numero di legami è legato alla stechiometria, gli elettroni di legame non sono sufficienti per spiegare la geometria delle molecole.

VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) Le coppie di elettroni che si trovano intorno ad un atomo possono essere assimilate a zone di carica elettrica. Essendo cariche dello stesso segno, si instaurano delle repulsioni che destabilizzano i sistemi. Tali coppie, pertanto, tenderanno a disporsi nello spazio in modo tale da minimizzare le repulsioni e quindi alla maggiore distanza possibile tenendo conto del vincolo di appartenenza ad un atomo.

Anidride Carbonica (CO 2) Nella molecola sono presenti 2 legami (doppi), per cui la massima distanza tra i baricentri delle cariche negative si raggiunge per un angolo di 180°

Anidride Solforosa (SO 2) 120° Nella molecola sono presenti 2 legami ed una coppia di elettroni, per cui la massima distanza tra i baricentri delle cariche negative si raggiunge per un angolo di 120°

Acqua (H 2 O) 109° Nella molecola sono presenti 2 legami e due coppie di elettroni, per cui la massima distanza tra i baricentri delle cariche negative si raggiunge per un angolo di 109°

La struttura dei solidi Solidi Cristallini Le molecole o gli atomi che li costituiscono sono disposti nello spazio seguendo rigorosamente delle regole definite Le loro proprietà fisiche sono anisotrope Fondono ad una temperatura definita Quarzo Solidi Amorfi La loro struttura è simile alla struttura di una fase liquida Le molecole o gli atomi sono disposti in aggregati ordinati solo per brevi distanze Le proprietà fisiche sono isotrope (uguali in tutte le direzioni) Non fondono ad una temperatura definita Non sono stabili Vetro

Solidi Covalenti I solidi covalenti sono dei solidi nei quali l’interazione che origina il solido è un legame covalente che si stabilisce tra tutti gli atomi del cristallo Un cristallo di un solido covalente può essere considerato come una gigantesca molecola DIAMANTE GRAFITE

Solidi Molecolari • • • Temperatura di fusione bassa Scarsa durezza Alta tensione di vapore • In questi solidi nei nodi del reticolo cristallino sono presenti delle molecole isolate. • Le interazioni che si stabiliscono tra le molecole sono di natura dipolare (dipolo permanente - dipolo permanente, dipolo permanente - dipolo indotto, dipolo istantaneo - dipolo istantaneo) • Esempi sono il ghiaccio, lo iodio, la naftalina

Solidi Ionici • Il solido ionico ha una struttura cristallina dalla geometria precisa che dipende dalle distanze di legame. I nodi reticolari sono occupati da ioni positivi o negativi tra i quali viene esercitata un’attrazione elettrostatica • Un esempio classico è la struttura del Na. Cl (cloruro di sodio). Essa è costituita da una matrice di ioni positivi (Na+) immersa in una matrice di ioni negativi (Cl -) o viceversa. • Il fatto fondamentale è che non è possibile identificare un’unità molecolare Na. Cl. Na+ Cl–

Proprietà dei Solidi Ionici Hanno temperature di fusione tra i 400° ed 1000° Sono relativamente duri e fragili Non conducono la corrente elettrica allo stato solido Conducono la corrente elettrica allo stato fuso

IL LEGAME IONICO Attrazione di natura elettrostatica che si esercita fra ioni di carica opposta nei reticoli cristallini dei composti ionici. Non si può parlare di molecole, ogni ione positivo è legato a tutti gli ioni negativi presenti nel cristallo, più fortemente a quelli vicini e meno fortemente a quelli lontani. La formula di un composto ionico rappresenta solo il rapporto molare presente nel cristallo. Non è un legame direzionale. Si forma fra elementi aventi una forte differenza di elettronegatività.

Proprietà dei Metalli Malleabilità: i metalli possono esser facilmente ridotti in lamine sottili per battitura Duttilità: i metalli possono essere tirati in fili. Elevata Conducibilità Termica Elevata Conducibilità Elettrica Lucentezza

IL LEGAME METALLICO È un legame che spiega la struttura e le proprietà dei metalli. Gli atomi metallici mettono in comune i loro elettroni dello strato esterno e formano ioni metallici positivi e una nube di elettroni mobili, non vincolati nel movimento attorno ad un solo nucleo. Questa nube avvolge tutti gli ioni del metallo e li tiene fissi in un reticolo tridimensionale.