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 CHIMICOIL LEGAME CHIMICOIndica 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

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

s1 s2 s2p1 s2p2 s2p3 s2p4 s2p5 s2p6

5

Elettronegatività di alcuni elementi, secondo Pauling

H2.1

Li1.0

Be1.5

B2.0

C2.5

N3.0

O3.5

F4.0

Na0.9

Mg1.2

Al1.5

Si1.8

P2.1

S2.5

Cl3.0

K0.8

Ca1.0

As2.0

Se2.4

Br2.8

Te2.1

I2.5

Nella tavola periodica l’elettronegatività aumenta da sinistra a destra edecresce dall’alto verso il basso

ELETTRONEGATIVITÀELETTRONEGATIVITÀ

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’ inversamentecorrelata al raggio atomico

IL LEGAME COVALENTEIL 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

H3C:CH3 H2C::CH2 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).

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

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:

O C O

= d q = d q

Vettore somma uguale a zero.

Per stabilire se una molecola con più di un legame polare assuma caratteredipolare 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.

• 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 DATIVOIL 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.

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

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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 protoni10 elettroni

11 protoni10 elettroni

Perché esistono molecole con stechiometria simile e geometrie differenti?

Ci sono molecole con stechiometria analoga Ci sono molecole con stechiometria analoga ((COCO22,, SO SO2 2 ,, H H22OO) ma geometrie differenti.) ma geometrie differenti.

Poiché il numero di legami è legato alla Poiché il numero di legami è legato alla stechiometria, gli elettroni di legame non sono stechiometria, gli elettroni di legame non sono sufficienti per spiegare la geometria delle sufficienti per spiegare la geometria delle molecole.molecole.

VSEPR(Valence Shell Electron Pair Repulsion)

Le coppie di elettroni che si trovano intorno ad Le coppie di elettroni che si trovano intorno ad un atomo possono essere assimilate a zone di un atomo possono essere assimilate a zone di carica elettrica. Essendo cariche dello stesso carica elettrica. Essendo cariche dello stesso segno, si instaurano delle repulsioni che segno, si instaurano delle repulsioni che destabilizzano i sistemi.destabilizzano i sistemi.

Tali coppie, pertanto, tenderanno a disporsi Tali coppie, pertanto, tenderanno a disporsi nello spazio in modo tale da minimizzare le nello spazio in modo tale da minimizzare le repulsioni e quindi repulsioni e quindi alla maggiore distanza alla maggiore distanza possibilepossibile tenendo conto del vincolo di tenendo conto del vincolo di appartenenza ad un atomo.appartenenza ad un atomo.

Anidride Carbonica (CO2)

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 (SO2)

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 (H2O)

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 solidiLa struttura dei solidiSolidi CristalliniSolidi 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 AmorfiSolidi AmorfiLa loro struttura è simile alla struttura di una

fase liquidaLe molecole o gli atomi sono disposti in

aggregati ordinati solo per brevi distanzeLe proprietà fisiche sono isotrope (uguali in

tutte le direzioni)Non fondono ad una temperatura definitaNon sono stabili

VetroVetro

QuarzoQuarzo

Solidi CovalentiSolidi CovalentiI 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 cristalloUn cristallo di un solido covalente può essere considerato come una gigantesca molecola

DIAMANTEDIAMANTE GRAFITEGRAFITE

Solidi MolecolariSolidi 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• Alta tensione di vapore

Solidi IoniciSolidi 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–

Proprietà dei Solidi IoniciProprietà dei Solidi Ionici

Hanno temperature di fusione tra i 400° ed 1000°Sono relativamente duri e fragiliNon conducono la corrente elettrica allo stato solidoConducono la corrente elettrica allo stato fuso

IL LEGAME IONICOIL 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.

Proprietà dei MetalliProprietà dei MetalliMalleabilità: i metalli possono esser facilmente ridotti in lamine sottili per battituraDuttilità: i metalli possono essere tirati in fili.Elevata Conducibilità TermicaElevata Conducibilità ElettricaLucentezza

IL LEGAME METALLICOIL LEGAME METALLICOÈ 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.