ConcettiLegame covalente

Polarità di legame

VSEPR

Formule di struttura

Legame ionico

Legame di coordinazione

Legame metallico

Legame a idrogeno

Tipi di legame e ordine di legame

Il Legame chimicoFra due atomi A e B vi è un legame chimico quando esiste fra essi una interazione cosi’ forte che si possa considerare l’insieme AB come qualcosa di unitario.Si tratta di un concetto rispetto alla interazione tra due atomi. Due atomi o ioni possono anche avere energie di interazione molto elevate ma mantenere inalterate le caratteristiche degli atomi A e B.Al contrario, vi sono caso in cui anche interazione molto debole tra gli atomi A e B è comunque sufficiente per creare un insieme AB con caratteristiche molto diverse rispetto a quello degli atomi di partenza

Solo grazie al legame chimico ….

Il legame covalente

Variazione dell'energia potenziale del sistema biatomico AB in funzione della distanza r fra gli atomi : nel caso a si forma il legame chimico, nel caso b non si forma.

Energia di legame

Il legame di tipo

Perché il legame si formi le due devono sovrapporsi con lo stesso segno

Maggiore la sovrapposizione, maggiore la energia del legame

Il legame di tipo

La sovrapposizione tra orbitali atomici di tipo p porta alla formazione

di orbitali se la sovrapposizione avviene tra due orbitali che sono lungo l’asse di legame

Se la sovrapposizione avviene lungo un asse ortogonale all’asse di

legame, l’orbitale è di tipo

Il legame nelle molecole biatomiche

La polarità del legame chimico

Lez 8 2011

Polarità dei legami

 

Elettronegativita’

Tendenza di un atomo ad attrarre la coppia di elettroni di legame

Elettronegativita’Mulliken: = k(EI+A)

La media tra la Energia di prima ionizzazione e la Affinità elettronica

E’ una proprietà periodicaTanto più sono alte queste energie, tanto maggiore sarà la “resistenza” di un atomo a perdere elettrone, ovvero la sua tendenza ad

acquisirli.

Espressa in funzione di un indice arbitrario tra 0 e 4

Elettronegativita’

Puo’ anche essere calcolata considerando la energia di attrazione di un nucleo sull’elettrone di un doppietto di legame, a distanza di legame media

Scala di Allred-Rochow

Elettronegatiivtà degli elementi

 

 

 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17  

H2,25

                                 

Li 0,97

Be 1,54

                   B 2,04

C 2,48

N 2,90

O 3,41

F 3,91

 

Na 0,91

Mg 1,37

                   Al 1,83

Si 2,28

P 2,30

S 2,69

Cl 3,10

 

K 0,73

Ca 1,08

Sc Ti

V Cr Mn Fe Co Ni Cu 1,49

Zn 1,65

Ga 2,01

Ge 2,33

As 2,26

Se 2,60

Br 2,95

 

Rb 0,69

Sr 1,00

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag 1,47

Cd 1,53

In 1,76

Sn 2,21

Sb 2,12

Te 2,41

I 2,74

 

Cs 0,62

Ba 0,88

La * 195

Hf Ta W Re Os Ir Pt Au 1,87

Hg 1,81

Tl 1,96

Pb 2,41

Bi 2,15

Po 2,48

At 2,85

 

Fr 0,68

Ra 0,92

Ac ** 195

                             

Polarità dei legami covalenti

• Tanto più un atomo è elettronegativo rispetto all’altro, tanto più attira a sé gli elettroni di legame.

• La densità di carica degli elettroni di legame è maggiore nelle vicinanze dell’atomo più elettronegativo.

Il legame nelle molecole poliatomiche

Formule di struttura… moooolto importante….

Il legame nelle molecole poliatomiche

CCl4 CH4 NH3 NO3- O3 Cn

Concetti importanti

La regola dell’ottettoIl VSEPR I Criteri per scrivere le formule di strutturaLa risonanzaLa separazione della carica formale

Regola dell’ottetto

Ogni atomo tende ad essere circondato da 4 coppie elettroniche

Le coppie elettroniche possono indistintamente essere di legame o di non legame

Atomi di elementi dal 3° periodo in su, possono essere circondati da piu’ di 4 coppie elettroniche dal momento che hanno a disposizione anche orbitali d

VSEPRValence shell electron pair repulsion

Ciascuna coppia di elettroni che occupa un orbitale della strato piu’ esterno è O una coppia solitaria O una coppia di legame

Ciascuna coppia di considera come se fosse un carica di segno negativo, tutte originanti dallo stesso atomo

Queste cariche tenderanno a respingersi, ovvero a distribuirsi nello spazio secondo la massima repulsione

VSEPR

Massima distanza possibile!

VSEPR

Struttura delle molecole

• Le regioni di elevata concentrazione elettronica si respingono a vicenda.

• Es. : AXn

• AX2 BeCl2

• AX3 BF3

• AX4 CH4

• AX5 PCl5

• AX6 SF6

VSEPR

Regola della repulsione:

NL-NL > NL-L> L-L

A parità di geometria, l’angolo sarà determinato dalla natura delle coppie elettroniche.Una coppia di NON LEGAME avrà un effetto repulsivo maggiore rispetto ad una coppia di legame

VSEPRRegola della repulsione:

NL-NL > NL-L> L-L

Se le coppie di NON legame si respingono di piu’, le coppie di legame sono piu’ ravvicinate. Pertanto l’angolo puo’ variare in funzione del tipo di molecola, a parità di geometria

109,5° 107° 105°

Regole…Gli ioni carichi possiedono una formula di struttura come le molecole neutre.Il contro totale degli elettroni si ottiene sommando ANCHE la carica formale dello ione!

Es CO32-

C=4, O=6 carica=2 Totale 24 elettroni= 12 coppie

Regole…

CO, CO2, NO

Gli elementi del 2° periodo hanno SOLO 4 orbitali a disposizione nel guscio esterno

MAI piu’ di 4 legami!

REGOLA DELL’OTTETTOOgni atomo che utilizza solo orbitali s e p per fare legami tende ad assumere la configurazione elettronica esterna con 8 elettroni

Criteri per la scrittura della formule di struttura

1. Conta gli elettroni e quindi il numero di coppie, considerando la eventuale carica

2. Individua l’atomo centrale3. Lega gli atomi periferici all’atomo centrale con legami

singoli4. Disponi le coppie di non legame sugli atomi periferici sulla

base della regola dell’ottetto5. Disponi le eventuali coppie rimaste sull’atomo centrale6. Disponi i doppi legami in modo da fare rispettare la regola

dell’ottetto anche per l’atomo centrale (qualora si tratti di un elemento del secondo periodo)

7. Se intorno all’atomo centrale ci sono meno coppie rispetto alla regola dell’ottetto, TRASFORMARE le coppie di NON legame degli atomi periferici in doppi legami, fino a che anche l’atomo centrale non arriva all’ottetto.

Criteri per la scrittura della formule di struttura

8. Scrivi tutte le formule di risonanza9. Verifica la formula utilizzando il criterio della carica formale10. Conta le coppie elettroniche che gli stanno intorno11. Individua la geometria della coppie elettroniche12. Individua la geometria della MOLECOLA

Nota:La geometria delle coppie elettroniche dipende dal numero di coppie intorno all’atomo centrale

La geometria della molecola dipende SOLO dalle coppie di legame

Esempi

CH4, NH3, H2O

NOTAAnche le coppie di NON legame degli atomi periferici devono essere disposte in modo opportuno

Regole…Gli ioni carichi possiedono una formula di struttura come le molecole neutre.Il contro totale degli elettroni si ottiene sommando ANCHE la carica formale dello ione!

Es CO32-

C=4, O=6 carica=2 Totale 24 elettroni= 12 coppie

Regole…

Gli atomi dal 3° gruppo in poi hanno a disposizione anche gli orbitali d.Pertanto essi possono avere intorno a se Piu’ di 4 legami.La regola dell’ottetto non vale più.

Es: PCl3, PCl5, XeF2

Risonanza

CO32-, NO3

-, NO2-

Nota:Utilizzando le regole viste in precedenza si ottengono spesso strutture asimmetriche, ovvero strutture dove atomi uguali hanno un ordine di legame diverso

Questo NON corrisponde alla realtà fisica, che si puo’ misurare sperimentalmente

Possibilita’ di formazione di legami multipli: l’atome centrale non soddisfa ancora la regola dell’ottetto.

N O

O

O

]

] _

N O

O

O

]

] _

La risonanza: la vera formula molecolare è intermedia fra le formule limite possibili. Le formule limite hanno uguale Le formule limite hanno uguale disposizione spaziale degli atomidisposizione spaziale degli atomi

]

] _

N O

O

O

N O

O

O

]

] _

In pratica….1. Conta gli elettroni e quindi il numero di coppie2. Individua l’atomo centrale3. Conta le coppie elettroniche che gli stanno intorno4. Individua la geometria della coppie elettroniche5. Disponi i legami 6. Individua la geometria della MOLECOLA7. Distribuisci le coppie eccedenti sugli atomi

periferici rispettando la regola dell’ottetto8. Distribuisci le coppie eccedenti utilizzando i legami

9. Tutti gli atomi della molecola devono rispettare la

regola dell’ottetto (tranne quelli del 3 periodo..)10. Scrivere tutte le possibili formule di risonanza

Formule limiti NON equivalenti

Se le formule limiti sono equivalenti (Es: NO3-) esse

contribuiscono nello stesso modo alla descrizione della struttura molecolare

Se esse NON sono equivalenti, esse contribuiranno DIVERSAMENTE alla descrizione della struttura molecolare. Le formule ad ENERGIA PIU’ BASSA sono quelle che contribuiranno di piu’

Es: 2 formule limite dove una contribuisce al 80% e l’altra al 20%. E’ come se la molecola avesse per 80% del tempo la struttura A e per il 20% la struttura B.

Il contributo relativo delle formule limite alla descrizione della struttura

molecolareLa formula limite con minore separazione di carica formale è quella a minore energia, è cioè la più stabile e contribuisce di più alla descrizione della formula vera del composto

N O

O

O

]] _-1

-1

0+1

La carica formale su un atomo è data dalla differenza fra il numero di elettroni dell’atomo libero e quello attribuitogli formalmente in una formula di struttura

La somma delle cariche formali deve essere uguale alla carica della molecola

N O

O

O

]

] _

]

] _

N O

O

O

N O

O

O

]

] _-1

-1

0+1

0

+1-1

-1

-1

-1

0

+1

Per lo ione nitrato tutte queste formule limite contribuiscono ugualmente alla descrizione della molecola reale, infatti, hanno tutte la stessa separazione di carica formale

Minore separazione delle cariche formali

N ON N ON+1-1 00 +1 -1

Formula più “favorita” avendo carica formale negativa sull’atomo più elettronegativo

N ON-2 +1 +1

Formula più “sfavorita” avendo maggiore separazione di carica

formale

Es: N2O