Appunti Chimica

Proprietà degli atomi

Gli elettroni tendono ad occupare orbitali ad energia più bassa possibile.

Non esistono in un atomo due elettroni caratterizzati da quattro numeri quantici uguali (principio di esclusione di Pauli).

In presenza di orbitali degeneri vuoti, gli elettroni tendono ad occuparli singolarmente con spin.

Il raggio atomico è metà della distanza fra i nuclei di una molecola formata da due atomi identici.

Il raggio atomico diminuisce lungo un periodo e aumenta lungo un gruppo.

Le variazioni sono minori negli elementi di transizione.

Effetto schermante: è l'effetto per cui un elettrone

Negli orbitali più esterni risente meno dell'attrazione del nucleo rispetto ad uno negli orbitali più interni. Dunque: minore è il raggio atomico, maggiore è l'attrazione esercitata dal nucleo sugli elettroni.

Energia di (1) ionizzazione: energia che bisogna fornire per rimuovere l'elettrone a più alta energia (quindi quello più esterno) da un atomo neutro e portarlo a distanza infinita.

Aumenta lungo un periodo (poiché, diminuendo il raggio aumenta l'attrazione, e quindi sarà necessaria maggior energia per "strappare" un elettrone)

Diminuisce lungo un gruppo (poiché, aumentando il raggio diminuisce l'attrazione, e quindi sarà necessaria un'energia inferiore)

Le variazioni sono minori negli elementi di transizione

I valori dell'energia di ionizzazione sono massimi in corrispondenza dei gas nobili, per poi calare nel metallo alcalino successivo. Gli atomi con

maggiorenergia di ionizzazione sono più stabili, poiché per rimuovere un loro elettrone occorre una notevole quantità di energia. I gas nobili infatti hanno tutti i livelli completi e difficilmente tendono a formare legami.

Molto importanti sono le configurazioni semipiene (in cui tutti gli elettroni del sottolivello sono spaiati) poiché risultano essere più stabili dell'elemento successivo (e di conseguenza hanno maggior energia di ionizzazione).

L'energia di 2 ionizzazione rappresenta l'energia necessaria per allontanare un secondo elettrone da un atomo già ionizzato. È maggiore della 1 perché con un elettrone in meno, la forza di attrazione verso il nucleo aumenta (quindi è necessaria maggior energia per strappare un altro elettrone).

Affinità elettronica: energia che viene ceduta da un atomo quando acquista un elettrone (un atomo tende ad acquistare elettroni per completare l'ultimo livello e

giungere ad una condizione che ha meno energia). È proporzionale all'energia di prima ionizzazione, quindi:

• Aumenta lungo un periodo
• Diminuisce lungo un gruppo
• Ma l'affinità diventa massima per gli alogeni, per poi diventare quasi nulla per i gas nobili (che infatti sono già nella configurazione più stabile - a minor energia -, e quindi non vogliono elettroni).

Sono chiamati metallici gli elementi caratterizzati da bassa affinità per l'elettrone e basso valore della energia di ionizzazione.

Il catione (+) è sempre più piccolo dell'atomo neutro (perdendo un elettrone, diminuisce il raggio).

L'anione (-) è sempre più grande dell'atomo neutro (acquistando un elettrone, il raggio aumenta).

Legami

Il legame chimico viene inteso come quell'agente che tiene assieme gli atomi in una molecola (dunque le forze intermolecolari non vanno classificate come legami).

I legami si formano poiché in natura i

I sistemi evolvono spontaneamente verso la configurazione che riduce la loro energia potenziale, quindi verso una configurazione più stabile. Il tipo di legame che si forma tra una coppia di atomi è determinato dalla capacità di ciascun atomo di attrarre elettroni dall'altro. La tendenza di un atomo a perdere o acquistare un elettrone prende il nome di elettronegatività (intesa come la media dell'energia di ionizzazione e dell'affinità elettronica).

Per descrivere il legame chimico, sono state enunciate due teorie:

La teoria del legame di valenza (VB) Lewis, 1916 - Pauling

Gli atomi che formano la molecola conservano intatta la struttura elettronica interna, e si legano fra loro mediante condivisione di coppie di elettroni esterni

La teoria degli orbitali molecolari (MO) 1927

Gli atomi non conservano la loro identità, tutti i loro elettroni si distribuiscono su nuovi orbitali molecolari che hanno al centro i nuclei degli atomi

che partecipano gli atomi che hanno una differenza di elettronegatività significativa. In un legame ionico, un atomo cede uno o più elettroni all'altro atomo, formando ioni positivi e negativi che si attraggono reciprocamente. Questo tipo di legame si forma tra un metallo e un non metallo. Legame covalente È un legame in cui gli atomi condividono uno o più elettroni per raggiungere l'ottetto esterno. Questo tipo di legame si forma tra due non metalli. Legame metallico È un legame in cui gli atomi di un metallo condividono i loro elettroni di valenza in un "mare" di elettroni liberi. Questo tipo di legame si forma tra atomi di metalli. N.B.: non vanno definiti legami, ma solo interazioni intermolecolari.

L'elettrostatica si forma quando si combinano fra di loro due elementi aventi, rispettivamente un basso potenziale di ionizzazione e una elevata affinità per l'elettrone (quindi fra atomi con elevata differenza di elettronegatività, come fra quelli del 1°/2° e 6°/7° gruppo).

Per l'attrazione che si stabilisce tra le cariche opposte, cationi (+) ed anioni (-) si uniscono a formare un solido.

Ogni catione è circondato da anioni ed ogni anione è circondato da cationi (in questo modo le repulsioni tra ioni dello stesso segno vengono minimizzate). La carica q dei cationi e carica q degli anioni sono in ugual numero perché il composto nel suo complesso deve essere elettricamente neutro.

NaCl non è una molecola, ma un composto ionico, ovvero un sale (o cristallo). La formula NaCl indica che nel cristallo c'è un rapporto tra gli ioni di 1:1.

Allo stato solido, gli ioni sono tenuti insieme da forze elettrostatiche coulombiane.

La forza di legame è calcolabile mediante la legge di Coulomb. Gli atomi formano legami per abbassare la loro energia: NaCl si forma proprio perché c'è un abbassamento di energia, nonostante il sodio resti solido e il cloro passa da gassoso (che in genere è lo stato a energia più bassa) a solido. Il processo di formazione del cloruro di sodio è descritto dal ciclo di Born-Haber. Quando degli ioni si uniscono per formare un solido (cristallo) ionico, liberano energia (se il legame si forma, è perché gli atomi finiscono in uno stato a energia più bassa, quindi liberano energia durante il processo). L'energia liberata durante la formazione di un solido ionico è detta energia reticolare. Inoltre, è data dall'energia potenziale dovuta alle forze attrattive e repulsive degli ioni nel cristallo: M = costante di Madelung. Legame covalente Il legame covalente tra due atomi è dovuto alla condivisione di una o più coppie di elettroni tra gli atomi coinvolti. Questo tipo di legame si forma tra atomi non metallici e può essere polare o apolare, a seconda della differenza di elettronegatività tra gli atomi. Nel legame covalente polare, gli elettroni condivisi sono attratti in modo più intenso da uno degli atomi, creando una separazione parziale delle cariche. Nel legame covalente apolare, gli elettroni condivisi sono distribuiti in modo uniforme tra gli atomi.

più coppie dielettroni (coppie elettroniche di legame) per soddisfare la tendenza degli atomi stessi araggiungere la configurazione elettronica di gas nobile.

Le coppie di legame si formano per l'accoppiamento di elettroni che si trovano spaiatiquando sono nei rispettivi atomi isolati. Il numero di legami che un atomo può formaredipende dal numero di elettroni spaiati che essopossiede.

Omopolare (o eteropolare)

Polare(puro)

Tra atomi uguali Tra atomi diversi

Gli elettroni di legame sonodiversamente attratti dai dueatomi

Sono più vicini all’atomo conmaggior elettronegatività

La distanza tra gli atomi è la distanza per la quale le forze elettrostatiche sono inequilibrio: quella attrattiva (tra nuclei e nuvole di elettroni) e quella repulsiva (tra i duenuclei e tra le nuvole di elettroni).

La quantità di energia liberata quando il legame si forma è uguale alla quantità chedeve essere assorbita per rompere il legame.

Quando due o

tre coppie di elettroni sono condivise tra gli stessi atomi si forma un legame doppio, o triplo. Legame di tipo σ Legame di tipo π L'orbitale molecolare giace lungo la retta ideale congiungente i due nuclei sopra e sotto l'asse internucleare. Il legame π si forma solo dopo che si è formato un legame di tipo sigma. doppio legame = legame σ + legame π triplo legame = legame σ + due legami π.

ELETTRONEGATIVITÀ E' la proprietà di un atomo in un legame di addensare su di sè la carica elettrica degli orbitali di legame. L'elemento più elettronegativo è quello che assume una carica negativa parziale rispetto all'altro. Nella tavola periodica l'elettronegatività aumenta da sinistra a destra e decresce dall'alto verso il basso. E' inversamente correlata al raggio atomico.

Momento di dipolo ⃗⃗ = qμ R Vettore che parte dall'atomo

concarica parziale positiva e punta verso l'atomo con carica parziale negativa

Se la risultante dei momenti di dipolo è diverso da 0, la molecola si dice polare

Formule di risonanza

Per alcune molecole o ioni molecolari possono essere scritte due o più formule di struttura equivalenti. Il modello di Lewis non è in grado di prevederne la formula di struttura corretta: in questo caso si parla di unibrido di risonanza.

Per rappresentare l'ibrido, si riportano le due formule fra parentesi, collegandole con una freccia.