Appunti Chimica con esercizi svolti

LEGAMI ATOMICI (A-B) LEGAMI ELETTROSTATICI

-omeopolare (lega atomi della stessa -ionico

specie) -dipolare:

- Covalente ione-dipolo

- Dativo ione-dipolo indotto

- Ad elettroni delocalizzati dipolo-dipolo (forze di Van der Waals)

dipolo-dipolo indotto (forze di Van der

Nei legami atomici si mantiene Waals)

pressoché intatta la conformazione Dipolo indotto-dipolo indotto (forze di

degli atomi dallo stato iniziale allo stato London)

finale In questi legami avviene qualcosa di

diverso, ad esempio nel cloruro di

sodio, i due atomi vengono modificati,

diventando ioni e si legano in quanto

tali

Legami intramolecolari: legame tra atomi (uguali o diversi) per formare una

molecola.

Legami intermolecolari: legame tra diverse molecole per formare materia allo stato

gassoso, liquido, solido.

Generalmente, le forze intramolecolari sono più forti delle forze intermolecolari.

LEGAMI ATOMICI

Abbiamo 2 teorie che spiegano i legami:

- Teoria VB (valence bond, legame di valenza) secondo cui solo la struttura

esterna viene modificata nel legame e la struttura interna rimane inalterata.

- Teoria MO secondo cui tutti gli elettroni si ridistribuiscono su nuovi orbitali

molecolari.

La teoria VB è meno rigorosa rispetto alla teoria MO.

Legame covalente omeopolare: questo tipo di legame avviene tra due atomi della

stessa specie. Covalente=messa in comune degli elettroni di valenza.

Ad esempio, vi è un meccanismo specifico, secondo la teoria di VB, su come si forma

il legame tra i due atomi di H in :

2

Ognuno dei due nuclei di H, interagendo, vede intorno a sé due elettroni,

completando così l’ottetto (è come se ognuno dei due avesse completato il suo

guscio).

Nell’avvicinamento, fra tali atomi si generano:

- Forze coulombiane attrattive tra il nucleo di ciascun atomo e la nuvola

elettronica dell’altro,

- Forze coulombiane repulsive tra nucleo-nucleo e nuvola-nuvola,

- Forze quantistiche di scambio.

Tuttavia, non si può spiegare l’energia del legame H-H soltanto con le interazioni

elettrostatiche in gioco. Infatti, tenendo conto soltanto di quelle, si ha che l’energia

⁄

55

di legame è di , minore del valore trovato sperimentalmente

⁄

(432 ). Introducendo nel calcolo le forze quantistiche di scambio, si ottiene

⁄

un valore molto vicino a quello sperimentale ( ).

Queste forze di scambio nascono quando i due atomi di H, nel loro avvicinamento,

iniziano a compenetrare le loro atmosfere elettroniche.

- La distanza di legame tra i due atomi di H (ossia quando si ha equilibrio tra

forze attrattive e forze repulsive) è 0,074nm.

- Poiché la distanza non è pari al doppio di un raggio atomico, questo significa

che le due nuvole si sono sovrapposte.

- Viene a crearsi una zona di carica negativa molto intensa che diventa

elemento legante tra i due nuclei (positivi), formando così .

2

Nella molecola di la zona di ricopertura si trova sulla congiungente dei nuclei ed è

2

compresa fra questi. Questo tipo di legame viene detto legame (legame sigma).

In , il legame è formato dalla ricopertura di orbitali di tipo s, ma in altre

2

molecole è formato dalla ricopertura di orbitali di altro tipo, sempre contenenti un

elettrone ciascuno: ad esempio, nella formazione della molecola , il legame è

2

formato dalla ricopertura dei due orbitali p contenenti un solo elettone, che

vengono a costituire il legame (anche in questo caso la ricopertura si trova lungo

la congiungente dei due nuclei).

Tuttavia, quando ci sono legami multipli (quindi non semplici), gli orbitali hanno

una distorsione per potersi legare e sovrapporre. (vedi slide)

Quando due atomi si legano mettendo in comune due elettroni, provenienti uno da

un atomo e uno da un altro, si dice che tra essi esiste un legame semplice, e questo

.

è sempre di tipo

IMPORTANTE: quando si ha un legame semplice tra due atomi, esso è sempre di

.

tipo

Inoltre, minore sarà la distanza di legame, maggiore sarà la forza del legame.

Se due atomi si legano mettendo in comune due o tre elettroni ciascuno, si dice che

tra i due atomi esiste un legame doppio o triplo. Ad esempio, in , ciascun atomo

2

di azoto mette in comune con l’altro i 3 elettroni p dispari, realizzando così una

struttura esterna dell’ottetto molto stabile. Dato che gli orbitali p sono ortogonali

tra loro, due orbitali p, uno per ciascun atomo, si legano lungo la congiungente dei

,

due nuclei, dando vita ad un legame mentre gli orbitali p si ricoprono a due a due

deformandosi e dando vita a zone di ricopertura che non si trovano sulla

congiungente dei due nuclei.

Quando la zona di ricopertura si trova fuori dalla congiungente dei nuclei, il

”.

legame viene detto “legame

Se in una molecola esiste un doppio o un triplo legame, la ricopertura degli orbitali

,

risulta sempre minore di quella del legame e dunque un legame è sempre

.

meno forte del legame È di ovvia deduzione il fatto che un doppio legame è più

forte di un legame semplice.

In , avremo 3 legami (legame triplo), poiché N è nel quinto gruppo e necessita 3

2 .

elettroni per completare l’ottetto. Avremo quindi un legame e due legami

Legame covalente

Il legame omeopolare lega atomi uguali; il legame covalente usa lo stesso

meccanismo per legare atomi diversi.

In HCl, il legame è costituito da due elettroni messi in comune, uno dell’atomo H e

uno dell’atomo Cl, con la formazione dell’ottetto nella configurazione elettronica

esterna dell’atomo di cloro e completamento dell’orbitale s dell’atomo di H.

Il cloro ha più “voglia” dell’idrogeno di completare l’ottetto (ricordiamo che il cloro

si trova nel settimo gruppo e dunque gli manca un elettrone per raggiungere

l’ottetto). Questa “voglia” è la cosiddetta elettronegatività, ovvero la tendenza ad

attrarre a sé gli elettroni di legame. Il cloro è più elettronegativo dell’idrogeno.

Quando due atomi uguali si legano tra loro per formare una molecola, questa è

elettricamente simmetrica e non presenta alcuna polarità elettrica.

Nel legame covalente, i due atomi sono diversi. Si ha un addensamento di carica

elettrica su uno dei due atomi, che diventa così negativo rispetto all’altro.

Nel caso di HCl, è l’atomo di cloro che esercita l’azione attrattiva maggiore sugli

elettroni di legame, e nella formazione della molecola, si ha uno spostamento di

carica che rende negativo l’atomo di cloro rispetto a quello di idrogeno, con la

formazione di un dipolo.

Di conseguenza, oltre ad essere legati dagli elettroni messi in comune, H e Cl sono

legati anche dall’attrazione elettrostatica tra la parte positiva e la parte negativa.

Si indica col nome “dipolo” il sistema costituito da due cariche elettriche puntiformi,

uguali e di segno contrario, poste a distanza d.

Il legame covalente, dunque, non è un legame puro, ma un legame misto: in parte

atomico in parte elettrostatico. −10

In campo molecolare le distanze sono dell'ordine dell'Å (10 m). (angstrom).

L’elettronegatività

L’elettronegatività è la tendenza di un atomo di attrarre a sé gli elettroni di

legame.

È una grandezza dovuta alla competizione tra diversi atomi in un legame e non è

una proprietà intrinseca di un elemento.

Prendendo in considerazione la tavola periodica, l’elettronegatività cresce

andando da sinistra verso destra. Inoltre, considerando uno stesso gruppo,

l’elettronegatività aumenta tra i vari elementi presenti in esso. In sostanza,

l’elettronegatività diminuisce all’aumentare del periodo.

Ad esempio, il fluoro (F) è più elettronegativo del cloro (pur facendo parte dello

stesso gruppo); questo perché il fluoro è più grande del cloro, quindi, la differenza di

elettronegatività tra atomi facenti parte dello stesso gruppo è dovuta alle

dimensioni.

Prendendo la tavola periodica, notiamo che l’idrogeno ha un’alta elettronegatività,

nonostante gli manchi un solo elettrone per completare l’ottetto. Dunque,

l’idrogeno si comporta come un alogeno.

Una cosa molto bizzarra è che il Krypton e lo Xeno (che fanno parte del VIII gruppo,

dunque hanno completato l’ottetto) hanno un’altissima elettronegatività. Questo è

dovuto alla polarizzabilità dell’atomo.

Da ricordare:

F>O>Cl>N>Br>C, S, I>P, H>B>Na

I metalli sono meno elettronegativi.

Legame dativo (o di coordinazione)

Da un punto di vista puramente concettuale, il legame dativo presenta sempre

una condivisione di elettroni, tuttavia non paritetica. Nella formazione di questo

legame abbiamo un atomo (datore) che mette in condivisione due elettroni e un

altro atomo (accettore) che li accetta. L’accettore deve avere un orbitale vuoto.

Questo legame non sarebbe però così importante se queste fossero le uniche

condizioni da soddisfare affinché avvenga la sua formazione.

Facciamo un esempio: prendiamo il Boro. Esso ha due orbitali p vuoti, dunque può

agire da accettore. L’ossigeno può fare da datore.

Ma, attenzione, l’altro fattore che influenza questo legame è l’elettronegatività.

Questa teoria, infatti, va bene soltanto se il datore è meno elettronegativo

dell’accettore. Quindi, nel caso di Boro e Ossigeno, questo non può accadere perché

l’ossigeno è il più elettronegativo tra i due.

.

Il legame dativo è un legame di tipo

Riassumendo, in un legame dativo, uno dei due atomi (datore) mette in comune un

suo orbitale completo (due elettroni) con l’altro atomo (accettore), che per avere la

possibilità di accogliere questa coppia di elettroni, indicata con il nome di “lone

pair” (o doppietto elettronico), deve essere più elettronegativo del datore e deve

disporre di un orbitale vuoto di adatta energia o deve essere in grado di disporne

riarrangiando la distribuzione dei suoi elettroni esterni.

Ad esempio, l’ossigeno, nel suo stato fondamentale, non possiede alcun orbitale

vuoto, ma uno degli orbitali p può essere reso disponibile mediante accoppiamento

dei due elettroni p dispari su un unico orbitale. (vedi slide per immagini)

Se un atomo che possiede u