Energia di legameÈ l’energia che si deve fornire al sistema A-B per rompere il legame: A-A(g) A(g) + A(g)

A-B(g) A(g) + B(g)

energia di legame= - energia potenzialeenergia di legame > 0

Energiapotenziale

Forze repulsive

Forze attrattive

Distanza di legame

0

Energia di legame

Nel caso di molecole poliatomiche del tipo ABn (CH4, NH3, etc.) e An (S8, P4 etc.): ABn (g) A(g) + nB(g)

An (g) nA(g)

L’energia di legame si ottiene dividendo per n il valore di energia totale in gioco nella reazione, ottenendo un valore medio di energia di legame.

L’energia di uno stesso legame rimane in prima approssimazione la stessa in molecole diverse.

Lunghezza di legame ed energia di legame

Legame Lunghezza (pm)

Energia di legame

(kJ mol-1)

Ordine di legame

C-C 154 343 1

C=C 133 615 2

CC 120 812 3

N-N 147 159 1

N=N 125 418 2

NN 110 946 3

C-N 147 293 1

C=N 125 615 2

CN 115 879 3

Energia di legame

Energia di legame H-X media

La polarità del legame chimico

Dato che ogni atomo ha diverse tendenze a richiamare a se elettroni perche’ hanno diverse affinità elettroniche, mi aspetto che, quando ho

molecole fatte da atomi diversi, glielettroni di legame non sono equamente condivisi: si

parla di legame covalente polare

Polarità dei legami covalenti

 

Sezioni di superficie a 2 costante

La densità elettronica è spostata maggiormente verso uno dei due atomi

Elettronegativita’

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

Elettronegativita’. Scala di Mulliken

Mulliken: = k(EI+A)

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

E’ una proprietà periodicaEspressa in funzione di un indice arbitrario tra 0 e 4

La tabella è incompleta perche’ non per tutti gli elementi è nota l’affinità elettronica.

Elettronegatività 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

                             

Elettronegativita’:Scala di Allred-Rochow

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

Valori in accordo con la scala di Mulliken

Trattandosi di valori calcolati sono disponibili per tutti gli elementi

Elettronegatività degli elementi Elettronegatività degli elementi secondo Allred-Rochovsecondo Allred-Rochov

I lantanidi hanno valori di elettronegatività compresi tra 1.10 e 1.27

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.

• Se la differenza di elettronegatività è molto grande si puo’ pensare che gli elettroni di legame sono solo localizzati sull’atomo più elettronegativo -> legame ionico

Sezioni di superficie a 2 costante in un legame ionico

Il legame nelle molecole poliatomiche

Formule di struttura

Regola dell’ottettoRegola dell’ottetto

Ogni atomo che utilizza nel legame i soli orbitali s e p tende ad assumere in un composto una configurazione elettronica esterna con otto

elettroni

Ogni atomo tende ad essere circondato da 4 coppie elettroniche

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

ESEMPI

Molecole biatomiche, CO, N2, O2 etc….

Molecole poliatomiche CH4, CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4, NH3, H2O, NH4

+, H2S, PCl3, PH3

Eccezioni alla regola dell’ottetto

1. L’idrogeno che possiede solo una coppia elettronica di legame

2. Specie con numero dispari di elettroni, es. NO, radicali CH3•, OH•

3. 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. Es. ns2 np3 PCl5, ns2 np4 SF6, SF4, ns2 np5 ICl3, ICl4-, ICl5, ns2 np6 XeF2, XeO2 con n > 2

4. Ottetti incompleti, es. BF3, BeCl2

Regola dell’ottetto• Nel formare un composto gli atomi tendono a conseguire la

configurazione di un gas nobile.• Ottetto perché, ad eccezione di He, i gas nobili hanno

configurazione elettronica esterna ns2 np6.• Più propriamente si può dire che nel formare legami gli

atomi utilizzano gli orbitali energeticamente accessibili.• Quindi la regola dell’ottetto vale in forma stretta solo per

gli elementi del secondo periodo.• Si può utilizzare però nella scrittura di formule di

struttura per decidere il numero di coppie sugli atomi periferici, con l’eccezione di H (che ha un solo orbitale a disposizione e quindi non può avere coppie di non legame).

Regola fondamentale

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

MAI piu’ di 4 legami!

La geometria in molecole e ioni poliatomici

La regola delle repulsioni nelle molecole poliatomiche

VSEPR Valence Shell Electron Pair Repulsion

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

• AXn n = numero di atomi legati

all’atomo centrale

• AX2

• AX3

• AX4

• AX5

• AX6

Molecola AXnEm

dove n = numero di atomi legati

all’atomo centralem = numero di coppie di non legame sull’atomo

centrale

n+m Disposizione

coppie elettroniche

n m Classe di molecola

Forma della molecola esempi

2 Lineare 2 0 AX2 Lineare BeH2

BeCl2

3 Triangolo equilatero

3

2

0

1

AX3

AX2E

Triangolo equilatero

Angolare

BF3

SnCl2

4 Tetraedro 4

3

2

0

1

2

AX4

AX3E

AX2E2

Tetraedro

Piramide triangolare

Angolare

CH4

NH3

H2O

5 Bipiramide trigonale

5

4

3

2

0

1

2

3

AX5

AX4E

AX3E2

AX2E3

Bipiramide trigonale

Forma a sella

Forma a T

Lineare

PCl5

SF4

ClF3

XeF2

6 Ottaedro 6

5

4

0

1

2

AX6

AX5E

AX4E2

Ottaedro

Piramide quadrata

Quadrata planare

SF6

BrF5

XeF4

VSEPR

Regola della repulsione:

NL-NL > NL-L> L-L

1. Una coppia di NON LEGAME avrà un effetto repulsivo maggiore rispetto ad una coppia di legame

2. La repulsione tra due coppie di elettroni è maggiore se l’angolo di legame tra esse è di 90° invece di 120° o 180°

Le molecole a bipiramide trigonaleLa struttura lineare, a triangolo equilatero, il tetraedro, l’ottaedro

sono regolari con vertici equivalenti; ciascuno vede lo stesso numero di vicini più prossimi alla stessa distanza.

Nella bipiramide trigonale i cinque vertici non sono equivalenti: quelli apicali hanno tre vicino a 90°; quelli equatoriali vedono due vicini a 90° e altri due a 120°.Quindi le posizioni assiali sono più “costipate “di quelle equatoriali. Le posizioni equatoriali saranno occupate di preferenza dalle coppie di non legame, che sono più ingombranti.

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° (CH4) 107°(NH3) 105° (H2O)