LEZ.10 - LEGAMI CHIMICI

(1)

(2)

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

(3)

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 Sono di 4 tipi: 1. Legame COVALENTE 2. Legame DATIVO 3. Legame IONICO 4. Legame METALLICO

(4)

4

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

SIMBOLI DI LEWIS

(5)

5

Elettronegatività di alcuni elementi, secondo Pauling H 2.1 Li 1.0 Be1.5 2.0B 2.5C N3.0 O3.5 4.0F Na 0.9 Mg1.2 Al1.5 Si1.8 2.1P S2.5 Cl3.0 K 0.8 Ca1.0 As2.0 Se2.4 Br2.8 Te 2.1 2.5I Nella tavola periodica

l’elettronegatività aumenta da sinistra a destra e decresce dall’alto verso il basso

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

E’ inversamente

(6)

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.

H₃C ─ CH₃ H₂C ═ CH₂ HC ≡ CH

(7)

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.

(8)

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).

H Cl

+ _

= d q

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

(9)

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: O C O

= d q = d q

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.

(10)

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.

(11)

• 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).

IL LEGAME DATIVO

• 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.

(12)

Esempio: HClO acido ipocloroso H x O + Cl 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 O

(13)

13

Il legame dativo viene indicato da una freccia che parte dall'atomo donatore e raggiunge l'atomo accettore della coppia di elettroni.

Formazione dello ione ammonio

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.

NH₃ + H+ NH₄+

1 protone

10 protoni

10 elettroni 11 protoni 10 elettroni

(14)

Perché esistono molecole con stechiometria

simile e geometrie differenti?



_{Ci sono molecole con stechiometria analoga}

(

(CO

CO

₂₂

, SO

,

SO

₂₂

, H

,

H

₂₂

O

) ma geometrie differenti.



_{Poiché il numero di legami è legato alla}

stechiometria, gli elettroni di legame non sono

sufficienti per spiegare la geometria delle

molecole.

(15)

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

e quindi alla maggiore distanza possibile

alla maggiore distanza possibile

tenendo conto del vincolo di appartenenza ad un

atomo.

(16)

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°

(17)

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°

(18)

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°

(19)

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

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

Quarzo

(20)

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

(21)

Solidi Molecolari

• 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

• Temperatura di fusione bassa • Scarsa durezza

(22)

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 NaCl (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 NaCl.

Na+ Cl–

(23)

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

(24)

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.

Non è un legame direzionale. Si forma fra elementi aventi una forte differenza di elettronegatività.

La formula di un composto ionico rappresenta solo il rapporto molare presente nel cristallo.

(25)

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

(26)

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.