Appunti di Chimica

SPIEGARE GRAFICI

Formazione legame covalente - diagramma energia potenziale z

In H ciascun nucleo esercita una forza di attrazione sull'elettrone spaiato dell'altro atomo: energia

2

potenziale.

In realtà, si generano anche forze repulsive tra le 2 nuvole elettroniche e tra i nuclei. Quando i due

equilibrio tra queste

atomi si legano, i nuclei si sistemano ad una distanza tale da raggiungere un

↓

forze opposte. &

E

Formazione del legame covalente in H2

L’energia potenziale di un sistema di due atomi di H rappresentata in funzione della distanza

internucleare; in alto sono rappresentati i sistemi atomici. Nel punto 1, gli atomi sono troppo lontani

per attrarsi mutuamente. Nel punto 2, ciascun nucleo attrae l’elettrone dell’altro atomo. Nel punto 3,

la combinazione di attrazioni nucleo-elettrone e di repulsioni elettrone-elettrone e nucleo-nucleo dà

origine all’energia potenziale minima del sistema. La differenza di energia tra i punti 1 e 3 è l’energia

di legame di H2 (432 kJ/mol). Viene rilasciata quando si forma il legame e viene assorbita quando il

legame si rompe. La distanza internucleare nel punto 3 è la lunghezza di legame in H2 (74 pm). Se

gli atomi si avvicinano, come nel punto 4, le repulsioni aumentano l’energia potenziale del sistema e

separamo gli atomi riconducendoli al punto 3.

Proprieta’ del legame covalente

La lunghezza di legame è la distanza che intercorre tra i nuclei di due atomi uniti da un legame

covalente, aumenta all’aumentare delle dimensioni atomiche (dei raggi atomici) e al diminuire

della forza di legame.

Energia di legame: quantità di energia che è necessario fornire a una mole di sostanza per

rompere il legame fra i suoi atomi. Tanto maggiore e l’energia di legame, più stabile è il composto,

più forte è il legame tra li atomi.

Si definisce BE l’energia necessaria per vincere le forze attrattive tra nuclei legati ed elettroni

condivisi.

E’ sempre > 0 poichè la rottura di un legame richiede energia, cioè è un processo endotermico.

E’ definita per una mole di molecole in fase gassosa (kJ mol-1; kcal mol-1); è la differenza di

energia potenziale tra gli atomi isolati e quelli legati, nel diagramma dell’energia potenziale.

Al contrario, la formazione di un legame è un processo esotermico (-BE < 0)

L’ordine (o molteplicità) di legame tra due atomi uniti fra loro da un legame covalente indica il

numero di coppie di elettroni che essi condividono.

Es.: nella molecola di azoto (N2), l'ordine di legame è 3.

Esiste un stretta relazione fra ordine di legame, lunghezza di legame ed energia di legame.

L’attrazione reciproca fra due nuclei e due coppie di elettroni condivise è maggiore di quella fra i

due nuclei e una sola coppia di elettroni condivisi: gli atomi vengono ravvicinati ed è più difficile

separarli. Perciò, per una data coppia di atomi, un ordine di legame più alto dà origine a una

lunghezza di legame più corta e a un’energia di legame più alta. Perciò, per una data coppia di

atomi, un legame più corto è un legame più forte.

Valenza ≠ elettroni di valenza: la valenza è il numero di elettroni che un atomo guadagna, perde o

mette in comune quando si lega con altri atomi.

Per i primi gruppi del sistema periodico il numero di legami, o valenze, dipende dal numero di e- più

esterni: questi elementi, infatti, tendono ad assumere la configurazione elettronica del gas nobile

che li precede cedendo elettroni.

Invece, la valenza degli ultimi gruppi è determinata dal numero di e- che servono per arrivare a 8

(struttura del gas nobile che segue l'elemento). In questo senso corrisponde al numero degli

elettroni spaiati che compaiono sull’ultimo livello energetico.

La condivisione di elettroni tra coppie di atomi dà origine a legami forti, localizzati, di solito entro

singole molecole.

Due tipi di forze:

• forze di legame covalente forti: tengono uniti gli atomi all’interno di una molecola

• forze intermolecolari deboli: mantengono le molecole l’una vicina all’altra nel campione

macromolecolare

—> queste forze deboli tra molecole determinano le proprietà fisiche delle sostanze covalenti

A differenza dei composti ionici, nella maggior parte dei casi le sostanze covalenti sono cattivi

conduttori elettrici, anche quando sono fuse o sciolte in acqua.

Elettronegativita’

(χ)

L’elettronegatività è la capacità relativa di un atomo legato di attirare verso di sé gli elettroni di

legame.

Si riferisce sempre ad un atomo legato.

Pauling stabilí una prima scala di

elettronegatività sulla base della

misurazione dell’energia sotto forma di

calore liberato durante la formazione di

vari composti (entalpia di legame).

Altra scala: E.I. + A.I. /2

L'elettronegatività cresce con il numero atomico negli elementi di uno stesso periodo e diminuisce nel

periodo successivo negli elementi di uno stesso gruppo. Pertanto, nella tavola periodica

l'elettronegatività aumenta spostandosi da sinistra verso destra e dal basso verso l'alto —>

inversamente al raggio atomico.

SiO2 NON È FORMATO DA MOLECOLE, È UN CRISTALLO.

Legame covalente puro apolare

/

Legame covalente puro: se 2 atomi identici sono uniti da legami covalenti, essi esercitano la stessa

forza di attrazione sugli elettroni di legame. d

Legame covalente polare

Se gli atomi sono di natura diversa, essi

eserciteranno sugli elettroni di legame una diversa

forza di attrazione.

Il baricentro delle cariche positive non coincide più

con il baricentro delle cariche negative e si forma un

(cioè una separazione di cariche).

dipolo

Le cariche si spostano verso l’atomo più

elettronegativo.

Polarita’ dei legami

Il legame covalente implica la condivisione di una coppia di elettroni; se gli atomi sono uguali, il

baricentro delle cariche positive coincide con quello delle cariche negative e si trova tra i due

atomi.

Se gli atomi sono diversi, il baricentro delle cariche negative è spostato verso l’atomo più

elettronegativo.

La polarità di un legame dipende essenzialmente dalla differenza di elettronegatività tra i due atomi

legati, la polarità di una molecola è anche funzione della sua geometria.

Il legame polare è rappresentato con una freccia polare ( ) orientata verso il polo negativo,

Y

dove il simbolo δ (lettera delta minuscola dell’alfabeto greco)

oppure con i simboli δ+ e δ−,

rappresenta una carica parziale:

H

Dipoli elettrici e momento dipolare

Nel legame covalente polare si crea un dipolo.

Il momento dipolare indica l’intensità del dipolo = quanto è il trasferimento di carica (può variare da

0 a 1)

Dipolo elettrico: due cariche elettriche separate da una distanza d.

L'intensità di un dipolo si esprime attraverso la determinazione del suo momento dipolare: µ = q • d

ll momento dipolare è definito come il prodotto della carica (parziale) per la distanza (tra il baricentro

della carica positiva e quello della carica negativa).

Il momento dipolare è una grandezza vettoriale di modulo µ, la cui direzione è quella congiungente

le due cariche e il cui verso va, per convenzione, dalla carica positiva a quella negativa. L’Unità di

(D).

misura è il debye

Transizione da legame covalente omopolare a legame ionico Se la differenza di elettronegatività

capita in un intervallo tra 0 - 0.4 il

legame può essere covalente puro.

Un legame è covalente puro se i due

atomi sono uguali, può anche essere

non polare se la differenza di

elettronegatività cade tra 0 - 0.4.

L’elettronegatività non è una

proprietà degli atomi, ma una

proprietà degli atomi legati da

legame covalente.

L’esistenza di cariche parziali significa che un legame covalente polare si comporta come se fosse

parzialmente ionico. Il carattere ionico parziale di un legame è in relazione diretta con la differenza

di elettronegatività (Δχ), la differenza tra i valori delle elettronegatività degli atomi legati

0 - 0.4 —> legame non polare (ES. idrocarburi)

0.4 - 1.7 —> legame covalente polare

1.7 - 3.0 —> legame ionico

ES. con sodio e fluoro

Ragionamento per assurdo: ipotizzo che sodio e fluoro siano legati da legame covalente, vado a

vedere la differenza di elettronegatività e capisco l’eventuale spostamento di elettroni. Mi rendo conto

che lo spostamento è così importante per cui gli elettroni si trasferiscono completamente da un atomo

a un altro, quindi il legame ipotizzato covalente non lo è, perché la differenza di elettronegatività è

maggiore di 1.7. ⑳

1.7 Più siamo vicini a 0 più il

legame è covalente puro,

più ci si alza, più si ha

legame ionico.

Percentuale di carattere ionico

Per caratterizzare la polarità di un legame covalente è possibile assegnargli una certa percentuale

di carattere ionico, calcolabile in funzione del suo momento dipolare.

percentuale di carattere ionico si calcola come rapporto percentuale tra il momento dipolare

La

effettivo (misurato) ed il momento dipolare di un teorico legame ionico

#

1 METODO

Il momento dipolare di un ipotetico legame completamente ionico si calcola con:

µ = Q • r = 4,8 • r

e

ionico dove Q è la carica dell'elettrone (e = 4,8 10-10 u.e.s.) ed r il valore della lunghezza del legame in Å.

e

&

2 METODO

La polarità di un legame può anche essere stimata utilizzando la relazione di Pauling che correla

la percentuale di carattere ionico alla differenza di elettronegatività (Δχ).

All’aumentare della differenza di elettronegatività, aumenta il numeratore e la percentuale di

carattere ionico.

Dati una serie di composti, vedo la loro elettronegatività, faccio la differenza e in base a quella

posso dire chi ha la maggior percentuale di carattere ionico.

Legame dativo

Il legame covalente è dato dalla messa in comune di due elettroni. Un legame covalente dativo è

un legame covalente in cui il doppietto di legame è fornito da uno solo dei due atomi legati (atomo

donatore) e l’altro atomo condivide un orbitale vuoto per riceverli (atomo accettore) = un atomo ha

un orbitale vuoto e l’altro ha due elettroni.

Si può indicare come una freccia, ma una volta for