Concetti Chiave
- Il carbonio è l'elemento fondamentale dei composti organici, ma non tutti i suoi composti sono organici.
- La configurazione elettronica del carbonio cambia per formare quattro legami stabili, passando da 1s2 2s2 2px1 2py1 a 1s2 2s1 px1 py1 pz1.
- Il processo di ibridazione degli orbitali del carbonio permette la formazione di legami con uguale distanza, come nel metano.
- Gli orbitali molecolari derivano dalla combinazione di orbitali atomici, formando orbitali Sigma e Pigreca.
- L'orbitale Sigma è più grande e risulta dall'unione di un orbitale ibridato e uno normale, mentre l'orbitale Pigreca si forma tra due orbitali ibridati.
Il carbonio
Tutti i composti organici sono composti dal carbonio (ma non tutti i composti del carbonio sono organici)
Configurazione elettronica
La configurazione standard del carbonio è 1s2 2s2 2px1 2py1 tuttavia è necessario ricordare come la differenza di energia non c'è solo fra i vari livelli (1 e 2), ma anche fra i diversi sottolivelli(s e p).
Gli elettroni di valenza sono quindi 2 (jn quanto sono solo 2 gli elettroni rimasti spaiati (2px e 2py); Come quindi si spiegano i quattro legami del Carbonio?
Per diventare più stabile e poter fare i quattro legami il carbonio deve cambiare la sua configurazione elettronica: un elettrone del 2s tramite un piccolo salto energetico va ad inserirsi nell'orbitale 2pz rimasto vuoto:
1s2 2s2 px1 py1 => 1s2 2s1 px1 py1 pz1
Quando però arriva il momento di legarsi con altri atomi, negli elettroni di valenza (ora divenuti 4) avviene un processo chiamato ibridazione in cui l'orbitale s si ibrida con gli orbitali p, formando il nuovo orbitale sp. Nel caso del metano (CH4) l'orbitale a si ibrida con tutti gli orbitali p cambiando il suo livello energetico e forma degli orbitali (la forma dell'orbitale ibridato è a forma di un unico petalo con uno molto molto piccolo all'opposto).
La teoria della ibridazione spiega anche la distanza identica degli atomi di H rispetto a C nella molecola tetraedrica del metano.
Orbitali molecolari
Gli orbitali molecolari sono la composizione dei diversi orbitali atomici che compongono una molecola.
Gli orbitali risultanti sono quindi due:
> Sigma: risultano dall'unione di un legame fra un orbitale ibridato e uno normale. La sua forma è simile all'orbitale ibridato ma più grande.
> Pigreca: risulta dall'unione di due orbitali ibridati (il secondo e terzo legame egli altri, hanno l'orbitale pigreca). La particolarità di questo legame è che oltre la forma simile al pigreca che si estende da una parte all'altra del piano.
Domande da interrogazione
- Qual è la configurazione elettronica standard del carbonio e come cambia per formare quattro legami?
- Come avviene l'ibridazione nel carbonio e quale forma assume l'orbitale ibridato?
- Quali sono i tipi di orbitali molecolari e come si formano?
La configurazione elettronica standard del carbonio è 1s2 2s2 2px1 2py1. Per formare quattro legami, un elettrone del 2s si sposta nell'orbitale 2pz, diventando 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1, e avviene un processo di ibridazione.
L'ibridazione avviene quando l'orbitale s si combina con gli orbitali p, formando un nuovo orbitale sp. Nel metano, l'orbitale ibridato assume la forma di un petalo con uno molto piccolo all'opposto, spiegando la distanza identica degli atomi di H rispetto a C.
Gli orbitali molecolari sono Sigma e Pigreca. Sigma si forma dall'unione di un orbitale ibridato e uno normale, mentre Pigreca si forma dall'unione di due orbitali ibridati, estendendosi da una parte all'altra del piano.
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