Appunti di Chimica generale

RISONANZA

In chimica, si ha risonanza (o mesomeria) quando più formule, dette formule limite,

concorrono a definire la vera struttura di una molecola.

Si dice energia di risonanza, l’energia delle formule limite.

MOLECOLA POLARE

Le diverse molecole si distinguono in modo da avere vicino molecole con segno opposto;

per questo esse si orientano mostrando le polarità opposte.

Le molecole polari hanno momento di dipolo permanente.

Le molecole apolari hanno momento di dipolo istantaneo (indotto da una perturbazione

esterna).

SCALA DI PAULING

La scala di Pauling misura l’elettronegatività delle specie.

Nella tavola periodica, l’elettronegatività aumenta verso destra e diminuisce andando verso il

basso.

Per distinguere il legame ionico dal legame covalente, possiamo fare la differenza tra gli

atomi della molecola che stiamo studiando; se:

-​ , si ha un legame covalente puro / apolare

≤ 0, 4

-​ tra e si ha un legame covalente polare

0, 4 1, 8

-​ si ha un legame ionico

> 1, 9

ENERGIA RETICOLARE

Misura la stabilità di un solido ionico; nel solido cristallino si tratta di una disposizione

regolare di ioni (reticolo). L’energia necessaria per separare

di un composto ionico in fase

1

solido, nei suoi ioni costituenti; questo

viene chiamato ciclo di Born-Haber.

è l’entalpia di formazione; è la variazione di energia da elementare a in

∆ 1 1

fase solido (passaggio diretto).

ENERGIA RETICOLARE E T. DI FUSIONE 20

PROPRIETA’ DEI SOLIDI IONICI

( ) ( )

1 2 è la forza di Coulomb per i solidi ionici

= 2

12 2

( ) ( )

1 2 1 2

= =

2

12

12 −12 −1 2 −1

1 , permettività del vuoto , 8.85419 ×

= ε = ε = 10

4π ε 0 0

0

permettività relativa (costante dielettrica)

ε =

Proprietà:

-​ altofondenti (temperatura di fusione molto alta)

-​ scalfitura (misura di quanto una superficie si oppone alla scalfitura)

-​ durezza (resistenza alla scalfitura)

-​ duri

-​ fragili (solidi non lavorabili)

LEGAME METALLICO

Nella tavola periodica il carattere metallico verso il basso aumenta e verso sinistra

diminuisce.

Hanno energia di ionizzazione bassa, tipicamente perdono gli elettroni più esterni poiché

sono poco fortemente trattenuti e perciò liberi di muoversi; il moto di cariche è ad 1 direzione

(passaggio di corrente).

Proprietà:

-​ ottimi conduttori termici ed elettrici

-​ teneri

-​ lavorabili (duttili e malleabili)

-​ T fusione variabili

1.​ Teoria dei gas

2.​ Teoria delle bande

3.​ “modello a gas” o “mare di elettroni”

Conducibilità elettrica= diminuisce via via che la temperatura aumenta

Semiconduttori= via via che la temperatura aumenta, aumenta la conducibilità termica

I metalli hanno un legame debole, serve meno energia per togliere gli atomi dalla superficie;

per questo nell’impacchettamento occupano maggiore spazio.

INTERAZIONI INTERMOLECOLARI

Le interazioni sono più deboli dei legami e (a volte) riguardano le molecole.

La forza di interazioni diminuisce scendendo lungo la lista:

1.​ Legame a H / legame a ponte di H

2.​ Legame ione-dipolo

3.​ Legame dipolo-dipolo

4.​ Dipolo istantaneo-dipolo indotto 21

LEGAME H / PONTE A H

è un legame molto difficile da dividere.

Questa interazione è possibile quando un atomo è legato tramite un legame covalente con

un atomo molto elettronegativo.

Sull’atomo H si creerà una carica parziale positiva, mentre sull’atomo elettronegativo si

creerà la stessa carica ma con segno opposto. Così H crea un’attrazione con un’altra

molecola (più debole del legame covalente).

Osservazioni

Più corta è la distanza, più forte è il legame a ponte H, più l’angolo tra H, X e X’ è vicino a

180°.

Esempio:

Elementi più elettronegativi (classici donatori di ponte a H):

-​ Fluoro

-​ Cloro

-​ Ossigeno

-​ Azoto 22

INTERAZIONE IONE-DIPOLO

Quando ho degli ioni in un solvente polare, si creano delle interazioni (più forti quando è più

grande la carica dello ione).

+

-​ ione crea un campo di potenziale sferico che richiama le molecole di

2

+

(dipolo); quest’ultime molecole mostreranno a la loro parte negativa.

+

-​ ione (nell’ acetone, molecola polare), la parte negativa nell’ossigeno e la parte

positiva nel baricentro dei 3 atomi di carbonio

−

|

|

Energia potenziale: Interazioni che decadono più rapidamente con la

= 2

distanza. Maggiori sono i momenti di dipolo, maggiore è l’energia potenziale.

INTERAZIONE DIPOLO-DIPOLO

HCN in fase condensata, molecola polare (dipolo, per le sue caratteristiche)

2 molecole si mostrano con le cariche opposte, con le polarità opposte

Osservazioni: aumenta la temperatura, aumenta l’agitazione termica,

le molecole si allontanano, si arriva alla fase liquida.

Nella fase liquida sono più forti le interazioni dipolo-dipolo e , aumentando la temperatura, si

arriva al vapore.

INTERAZIONE DIPOLO ISTANTANEO-DIPOLO INDOTTO

1 atomo di He in fase condensata. Su questo atomo si crea una distribuzione casuale,

istantanea che genera un dipolo indotto neolatino He vicino; si ha una forza attrattiva

= sinonimo di polarizzabilità (quanto

α

facilmente la nube elettronica di deforma)

23

STATO SOLIDO

Un solido ha un volume e una forma propria. Le particelle costituenti un solido (atomi,

ioni, molecole) sono trattenute le une vicino alle altre da interazioni sufficientemente forti da

prevalere sull’energia dei moti termici (Ecin<< Energia di legame) e pertanto vibrano

attorno alla loro posizione di equilibrio

Si distingue in solidi cristallini e amorfi a seconda che le particelle che li compongono sia

disposte in maniera regolare e periodica oppure no. I solidi cristallini hanno un valore del

punto di fusione definito e generalmente sono anisotropi, ovvero hanno comportamenti

differenti in differenti direzioni di misurazione.

I solidi amorfi, a causa della loro struttura disordinata, non hanno punto di fusione ben

definito (le particelle non hanno tutte lo stesso intorno) e generalmente sono materiali

isotropi.

STATI DI AGGREGAZIONE

Solido: volume e forma proprie

Liquido: volume proprio

Gas: ne’ volume ne’ forma proprie

Energia di interazione «intermolecolare»

vs Energia cinetica

I SOLIDI CRISTALLINI

La disposizione regolare delle particelle costituenti un solido cristallino si riflette nella forma

regolare assunta dai cristalli i quali sono delimitati da facce che formano angoli costanti tra

loro in cristalli della stessa sostanza. Pirite (FeS2 )

Diamante (C)

Salgemma (NaCl)

Quarzo(SiO2 )

Berillo (Al2Be3 [Si6O18) 24

Nei solidi cristallini le particelle sono disposte in maniera regolare e periodica secondo

operazioni di simmetria

La struttura dei solidi cristallini si riflette poi sul loro habitus esterno.

ELEMENTI DI SIMMETRIA VS OPERAZIONI DI SIMMETRIA

Elemento di simmetria: un punto, un asse o un piano rispetto al quale sono applicate le

operazioni di simmetria

esempio:

Operazione di simmetria: l’inversione rispetto ad un punto, la rotazione rispetto ad un asse,

la riflessione rispetto ad un piano che lascia l’oggetto inalterato

esempio:

OPERAZIONI DI SIMMETRIA (OGGETTI FINITI):

• rotazione

• riflessione

• inversione

• identità 25

ROTAZIONE

RIFLESSIONE

INVERSIONE 26

IDENTITA’

OPERAZIONI DI SIMMETRIA

RETICOLO CRISTALLINO Il reticolo cristallino non mi dà conto del

tipo di oggetto, ma della sua disposizione

regolare e periodica.

Per ottenere un reticolo cristallino, si

prende in riferimento un punto identico a

ciascun oggetto e poi si toglie l’oggetto

circostante.

Nel costruire il reticolo, non bisogna

considerare l’intero campione, ma solo una

porzione del campione. 27

RETICOLO CRISTALLINO E CELLA ELEMENTARE

• Esistono 7 possibili geometrie per la cella elementare (ottenute con il rapporto tra spigolo e

angolo) che danno luogo ai 7 SISTEMI CRISTALLINI

Fissato il reticolo cristallino, posso scegliere la cella elementare.

possibilità che una stessa sostanza si presenti in forme cristalline

POLIMORFISMO=

diverse.

Esempi:

-Carbonato di calcio CaCO3

si trova in natura in due distinte forme cristalline: calcite che cristallizza in un sistema

trigonale. aragonite che cristallizza in un sistema rombico.

-farmaci, in 1 forma cristallina particolare, sono solubili; in altre no 28

SOLIDI (CRISTALLINI) E LEGAMI

CLASSIFICAZIONE DEI SOLIDI

FATTORI CHE INFLUENZANO L’IMPACCAMENTO CRISTALLINO

minima energia → massimo impaccamento NB: nel caso di solidi metallici:

identiche

❖sfere

non direzionale

❖legame

→massimo impaccamento

direzionalità legame covalente (solidi covalenti)

◆ interazioni intermolecolari (solidi molecolari)

◆ forma non sferica degli ioni poliatomici (solidi ionici)

◆ diverse dimensioni catione/anione (solidi ionici)

◆ 29

SOLIDI METALLICI

All’interno le particelle interagiscono con legami di tipo metallico e gli elementi sono

classificabili come metalli.

Nel reticolo cristallino dei solidi metallici sono presenti ioni positivi legati da legame

metallico, avvolti da un gas o mare di elettroni (quelli esterni).

Nei solidi metallici:

identiche

❖sfere non direzionale

❖legame

→massimo impaccamento

Proprietà

• Hanno temperature di fusione variabili (Hg -39°C, Ga 30°C, Fe 1538°C, p=1atm)

• Sono teneri

• Hanno elevata densità

• Hanno buona conducibilità termica ed elettrica

• Sono lucenti

• Sono lavorabili

SOLIDI METALLICI STRUTTURE COMPATTE

Strutture cristalline a massimo impaccamento (ovvero molto compatta); sono strutture per

le quali la disposizione degli atomi, lascia il minore spazio possibile.

-​ esagonale compatta HCP

-​ cubica a facce centrate FCC

*sfere verdi: ognuna si trova a contatto con altre 6; il centro di ciascuna sfera si trova nello

spazio vuoto dello strato precedente

*2° figura: Volume occupat