Appunti dettagliati Chimica generale e inorganica

Legame covalente

Gli elettroni sono condivisi e non appartengono più ai due atomi separati. Il legame si è formato per sovrapposizione dei due orbitali atomici. I due elettroni che formano la coppia condivisa devono appartenere in origine ciascuno ad uno dei due atomi ed occupare da soli un orbitale atomico (elettroni spaiati). Ogni coppia di elettroni condivisi rappresenta un singolo legame covalente. Il numero di legami che un atomo può formare dipende dal suo numero di elettroni di configurazione elettronica spaiati, cioè dalla sua Normalmente ogni atomo tende ad utilizzare nei legami tutti i suoi elettroni spaiati per ottenere la massima stabilizzazione energetica. Due al massimo tre coppie di atomi possono mettere in compartecipazione elettroni; si parla quindi di legame singolo (una coppia condivisa), legame doppio (due coppie condivise) o legame triplo (tre coppie condivise). Il numero e il tipo (semplice, doppio, triplo) di legami che un elemento può formare dipende

dall'ibridizzazione dell'elemento nel dato composto

Valenza di un elemento = numero dei legami covalenti che l'elemento è in grado di formare

Il legame covalente si definisce puro se la differenza di elettronegatività tra i due atomi è minima o nulla (nel caso di omonuclei, come H, F). Esso diventa polare nel momento in cui la differenza supera il valore di 0.4. Due atomi congiunti da un legame covalente polare configurano un dipolo elettrico.

Dipolo elettrico = sistema costituito da due cariche puntiformi uguali e di segno opposto, + e -, poste alla distanza r l'una dall'altra

Momento dipolare elettrico (momento di dipolo) µ = entità del dipolo elettrico misurabile sperimentalmente

Nelle molecole biatomiche la polarizzazione del legame comporta la polarità dell'intera molecola. La polarità delle molecole poliatomiche dipende, oltre che dalla polarità dei vari legami, anche dalla

geometria (ossia dalla forma) della molecola. Il momento dipolare totaledi una molecola è dato dalla somma vettoriale dei momenti dipolari relativi a tutti i dipolielettrici dovuti a legami covalenti o a coppie solitarie presenti nella molecola. Una molecolapoliatomica risulta apolare quando l'atomo centrale è legato nello stesso modo ad atomi tuttiuguali e non possiede coppie solitarie, cioè quando è "molto simmetrica". Il verso del vettoredeve "guardare" l'atomo più elettronegativo, in cui è quello che attrae su di sé gli elettroni.

Legame dativo: Gli elementi del gruppo IIIA tendono a raggiungere la configurazionedell'ottetto ospitando in orbitali d vuoti ad energia adatta una coppia solitaria di elettroni.È un legame covalente in cui entrambi gli elettroni condivisi sono forniti dalla stessa specie. Inparticolare:

Acido di Lewis = specie in grado di accettare in un orbitale vuoto una

coppia dielettroni solitaria

Base di Lewis = specie in grado di donare una coppia di elettroni solitaria

Legame metallico: si formano tra atomi di metalli e sono responsabili della formazione dei metalli solidi. In questo tipo di legame, gli atomi metallici condividono gli elettroni di valenza, formando una sorta di "mare" di elettroni liberi che sono condivisi tra gli atomi. In particolare, è il risultato dell'attrazione del catione metallico con un elettrone mobile. Gli elettroni di valenza sono condivisi tra tutti gli atomi del metallo. Questo tipo di legame è responsabile delle proprietà fisiche e chimiche dei metalli, come la loro conducibilità elettrica, la duttilità (ovvero la capacità di ridursi in fili sottili), la malleabilità (ovvero la capacità di ridursi in lamine sottili) e la resistenza meccanica.

In un solido metallico, gli atomi di metallo sono disposti in

Il legame metallico è un tipo di legame chimico che si forma tra gli atomi di un metallo. Gli atomi di metallo sono disposti in modo regolare in una struttura cristallina e gli elettroni di valenza sono liberi di muoversi in tutto il solido metallico. Questi elettroni sono comunemente chiamati elettroni di conduzione o delocalizzati, in quanto non appartengono ad un singolo atomo ma si estendono su tutta la struttura metallica. Questo tipo di legame è anche conosciuto come legame di delocalizzazione elettronica.

L'origine della forza del legame metallico deriva dalla grande quantità di elettroni di valenza degli atomi di metallo, che formano una nube di elettroni delocalizzati. Questa nube di elettroni agisce come un "collante" che tiene insieme gli atomi di metallo nella struttura cristallina.

Le Formule di Lewis sono una simbologia a "punti" usata per descrivere la configurazione elettronica dei gusci più esterni di atomi e ioni. Due elettroni appaiati in uno stesso orbitale sono rappresentati da una coppia di punti e un elettrone spaiato da un punto isolato.

La visualizzazione degli elettroni di valenza è utile per prevedere il tipo di legame chimico che si forma tra due atomi o ioni. Le formule di Lewis sono la rappresentazione di una molecola o di uno ione che mostra i simboli degli atomi e gli elettroni di valenza. Non forniscono indicazioni sulla geometria della molecola o dello ione. Per scrivere la formula di Lewis di una molecola o di un ione bisogna, per prima cosa, conoscere il numero degli elettroni di legame (condivisi) e il numero di coppie elettroniche non condivise (che appartengono ad un singolo atomo), coppie solitarie. Bisogna correggere il valore di A nel caso di specie ioniche: si aggiungono elettroni pari al valore di una carica negativa mentre si sottraggono elettroni pari ad una carica positiva. Al centro va sempre messo l'atomo meno elettronegativo (che però non deve essere l'idrogeno) in quanto necessita di tanti elettroni per raggiungere l'ottetto. La risonanza è la combinazione di strutture nelle quali gli.

atomi sono ugualmente collocati, mentre la disposizione degli elettroni è differente. Il concetto di risonanza si applica a tutte le molecole e ioni poliatomici in cui atomi uguali sono legati allo stesso atomo con legami differenti. -La freccia <-> non indica una "reversibilità", ma che la reale struttura dello ione NO3 è una struttura intermedia tra le tre raffigurate. I dati sperimentali riportano che non è possibile distinguere nella struttura legami singoli e doppi ma tutti e tre i legami hanno una distanza intermedia tra il singolo e il doppio -> gli elettroni di legame sono delocalizzati e l'energia del sistema si abbassa.

Delocalizzazione = la densità elettronica in più dovuta alla seconda coppia di e- di un doppio legame non viene condivisa da una coppia in particolare ma si distribuisce tra più atomi.

Carica formale (FC) = carica ipotetica di un atomo in una molecola o ione

FC = (n° del gruppo) –

(n° di legami) + (n° e- non condivisi)

La formula di Lewis più plausibile è quella in cui la somma delle cariche formali di tutti gli atomi in una molecola è pari a zero e in uno ione è pari alla carica dello ione.

Eccezioni alla regola dell’ottetto:

1. Molecole e ioni poliatomici contenenti un numero dispari di elettroni: Le molecole e ioni poliatomici contenenti un numero dispari di elettroni sono denominati radicali. Per le specie radicaliche non è mai possibile raggiungere la configurazione dell’ottetto
2. Molecole e ioni poliatomici in cui un atomo ha meno di un ottetto di elettroni di valenza:
   1. La maggior parte dei composti del berillio (Be), che ha solo 2 elettroni nel guscio di valenza, forma solo due legami covalenti raggiungendo la configurazione elettronica di 4
   2. La maggior parte degli elementi del gruppo IIIA (il gruppo del boro, B) non raggiungono la configurazione dell’ottetto poiché posseggono solo 3

elettroni nel guscio di valenza. Formano quindi tre legami covalenti e raggiungono la configurazione elettronica di 63. Molecole e ioni poliatomici in cui un atomo ha più di un ottetto di elettroni di valenza.

a. Se un elemento possiede orbitali d (dal 3° periodo in poi) può ospitare più di 8 elettroni dando luogo a strati di valenza espansi.

b. L'espansione dell'ottetto è favorita quando l'atomo centrale è grande e gli atomi legati sono piccoli.

c. Gli elementi che possono espandere il proprio ottetto sono dotati di covalenza variabile.

I legami intermolecolari

Interazioni intermolecolari: Forze che agiscono tra le particelle costituenti una sostanza responsabili dell'esistenza delle fasi condensate: i liquidi e i solidi.

Le forze di dispersione (o di London) hanno origine dall'interazione tra dipoli istantanei reciprocamente indotti. Se si considera la media nel tempo, la nuvola elettronica di un atomo è perfettamente simmetrica.

ma in un dato istante può addensarsi maggiormente da un lato ed in un istante immediatamente successivo può spostarsi all'altra estremità -> comparsa di un momento di dipolo elettrico istantaneo variabile nel tempo e mediamente nullo. Ciascun dipolo istantaneo genera un campo elettrico che polarizza le particelle circostanti, creando dei "dipoli indotti" variabili continuamente. Tra il dipolo "induttore" e il dipolo "indotto" nascono così forze di attrazione. Le forze di van der Waals sono attrattive e stabilizzano il sistema fino a una certa distanza detta "somma dei raggi atomici di van der Waals". Quando i due atomi o le due molecole si avvicinano troppo energia si genera una forza repulsiva. La forma delle molecole determina l'entità di queste interazioni. Sono le interazioni più deboli, importanti per i liquidi nel punto di ebollizione, densità, viscosità. Si sviluppano tramolecole apolari. Sono tanto maggiori quanto la molecola è menolineare (perché è maggiore la superficie di contatto). Interazioni dipolo-dipolo: Si verificano in molecole che hanno già legami polarizzati Es HCl,CH Cl. In queste molecole, l'estremità positiva di una molecola attrae l'estremità negativa di3una molecola adiacente, formando legami di tipo elettrostatico. Le interazioni dipolo-dipolosono più forti delle interazioni di dispersione (van der Waals) tra molecole non polari, ma piùdeboli del legame a idrogeno. Tuttavia, sono importanti in molte proprietà fisiche dellesostanze, come il punto di ebollizione, la solubilità e la viscosità. Il legame a idrogeno si realizza in molecole in cui un atomo di idrogeno (H) è legato a unelettronegativieteroatomo come ossigeno (O),azoto (N)o fluoro (F),cioè elementicaratterizzati dalla presenza di elettroni non condivisi. Il legame idrogeno

nell'acqua siparziale carica negativa genera a causa de