Appunti di Chimica Inorganica

:N: :N

L’azoto forma invece un legame covalente triplo, sempre non polarizzato, mettendo in

condivisione i tre elettroni spaiati di ciascun atomo di azoto, che dà vita a tre orbitali molecolari

(un sigma e due pi greco).

La formazione di questi legami libera dell’energia, perché la molecola che si viene a formare è più

stabile. L’energia che si libera è più grande se il legame covalente è doppio, e ancora più grande se

il legame covalente è triplo, perché si forma una molecola più stabile. questa è l’energia che va

somministrata per rompere il legame tra gli atomi della molecola (quindi serve più energia per

rompere un legame covalente doppio che un legame covalente semplice). Il legame triplo è il più

corto del legame doppio, che è più corto del legame semplice.

Non è detto che l’ossigeno dia per forza un legame covalente doppio; avendo due elettroni spaiati

l’ossigeno può anche creare due legami covalenti semplici, anzi che uno doppio, come avviene nel

caso dell’acqua. . .

H—O—H

. .

L’acqua è un solvente importantissimo a livello biologico. I legami covalenti che si formano tra

l’ossigeno e i due atomi di idrogeno, non sono apolari (non sono legami omopolari), ma polarizzati

—> l’ossigeno è un atomo fortemente elettronegativo, che tende ad attrarre a se gli elettroni di

legame —> se nel caso di H l’orbitale molecolare è “regolare”, in H O è come se l’orbitale

2 2

molecolare fosse allargato verso l’ossigeno —> l’elettrone condiviso comunque non viene portato

via all’idrogeno, ma esso ha una parziale carica positiva, mentre l’ossigeno ha una parziale carica

negativa. L’acqua come solvente polare tenderà quindi a sciogliere le sostanze polari (“il simile

scioglie il simile”). H

|

: N—H

|

H

Anche l’azoto, come l’ossigeno, può formare anche che un legame covalente solo, più legami

semplici, come nel caso dell’ammoniaca in cui forma tre legami covalenti semplici con l’idrogeno

usando i suoi tre elettroni spaiati. Anche in questo caso i legami non sono apolari, ma l’azoto non è

elettronegativo come l’ossigeno, quindi la polarizzazione è meno evidente rispetto al caso

dell’acqua (che infatti è il solvente polare per eccellenza).

NB i legami hanno un orientamento nello spazio.

I legami possono essere rotti in due modi:

rottura omolitica: il legame si rompe a metà, ogni atomo che ha messo in compartecipazione

• l’elettrone, se lo riprende e se lo tiene, si riformano gli atomi con i loro elettroni spaiati (reazione

radicalica—> si formano radicali, molto reattivi e che di conseguenza possono creare dei danni

all’interno di un organismo).

rottura eterolitica: si manifesta soprattutto quando il legame è tra atomi con una diversa

• elettronegatività —> l’atomo più elettronegativo si prende anche l’elettrone di legame e si carica

negativamente, mentre l’altro atomo si carica positivamente (sta volta è una carica netta, non

parziale) —> si formano gli ioni.

Tra i legami covalenti si inserisce un particolare tipo di legame: il legame dativo, che coinvolge i

doppietti liberi —> viene chiamato legame dativo perché parte diversamente, lega ioni.

ad esempio se la molecola dell’acqua, polarizzata, si trova sufficientemente vicino a un H , mette a

+

disposizione dell’idrogeno il suo doppietto elettronico libero (l’ossigeno mette a disposizione un

elettrone, l’idrogeno da ione positivo grazie all’elettrone che prende dall’ossigeno torna neutro,

mentre l’ossigeno che ha perso un elettrone assume una carica positiva —> ione ossonio).

NB gli elementi di transizione formano legami in cui sono coinvolte coppie di elettroni —>

complessi di coordinazione.

Lo stesso può avvenire con l’ammoniaca —> l’azoto mette a disposizione il suo doppietto

elettronico libero a uno ione H (si forma lo ione ammonio, mentre lo ione dell’idrogeno torna un

+

atomo neutro).

Nel caso del carbonio, l’atomo di carbonio ha due elettroni spaiati (quelli che vanno a occupare gli

orbitali 2p e 2p ), quindi dovrebbe dare solo due legami, invece il carbonio ne può formare

x y

quattro semplici, oppure due legami doppi, oppure un legame triplo e un legame semplice (e

questo fenomeno si presenta anche con altri elementi). Ciò avviene perché gli orbitali più esterni in

realtà non rimangono come orbitali atomici ma si ibridizzano tra di loro —> questo giustifica

anche la forma geometrica del legame.

Ci sono tre tipi di ibridizzazione:

ibridizzazione sp : un elettrone dell’orbitale s viene promosso e salta sull’orbitale p (in questa

• 3 z

fase c’è bisogno di energia), a questo punto l’orbitale s e i tre orbitali p si mescolano tra di loro e

si formano quattro orbitali sp , occupati singolarmente, con un’energia intermedia tra l’energia

3

degli s e dei p e con una forma intermedia tra quella dell’orbitale s e degli orbitali p. questi

orbitali sono diretti verso i vertici di un tetraedro —> angoli di 109°; in questo modo l’atomo può

formare quattro legami covalenti semplici (sigma). es. CH nel metano il carbonio è ibridato in

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questo modo; se si devono legare due atomi di carbonio, come nel caso di CH -CH etano, i due

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carboni devono essere ibridizzati allo stesso modo.

NB! L’acqua: l’ossigeno nello strato più esterno ha 6 elettroni, di cui due elettroni spaiati e due

coppie di elettroni di non legame; per spiegare la forma della molecola dell’acqua deve avvenire

per forza una ibridizzazione degli orbitali, in particolare una ibridizzazione sp3 —> un elettrone s

salta su un orbitale p occupato già da un elettrone; a questo punto tutti e quattro gli orbitali si

ibridizzano e formano quattro orbitali sp3, con la stessa energia, dei quali due sono già

doppiamente occupati e quindi non sono interessati a formare legami, mentre gli altri due sono

incompleti, e quindi possono formare due legami semplici sigma. in questo caso quindi le due

coppie di elettroni che non hanno fatto un legame ruotano su un orbitale ibridizzato e occupano,

riducendo l’angolo del tetraedro che risulta 105° anzi che 109°.

Nell’ammoniaca è la stessa cosa. L’azoto ha cinque elettroni nello strato più esterno, dei quali tre

sono spaiati; per spiegare la molecola dell’ammoniaca deve avvenire una ibridizzazione sp —> un

3

elettrone s viene promosso e va in un orbitale p; tutti gli orbitali si ibridizzano e si formano quattro

orbitali sp dei quali tre sono occupati da un solo elettrone, mentre l’altro orbitale sp è

3 3

doppiamente occupato, è completo e quindi non è interessato a formare legami; si formano quindi

tre legami semplici con l’idrogeno, mentre resta un orbitale ibridizzato in cui girano due elettroni

—> occupa e quindi gli angoli di legame sono da 108° e non da 109°.

—> l’orbitale ibridizzato doppiamente occupato è più ingombrante dell’orbitale ibridizzato che

forma un legame.

ibridizzazione sp : un elettrone dell’orbitale s viene promosso e salta sull’orbitale p , in questa

• 2 z

fase però vengono ibridizzati solo l’orbitale s e due orbitali p, e si formano così tre orbitali sp 2

orientati nello spazio con un angolo di 120° singolarmente occupati con energia intermedia tra s

e p; dall’ibridizzazione è rimasto escluso l’orbitale p che mantiene la sua energia. ad esempio in

z

CH =CH , i carboni sono ibridizzati sp —> ogni carbonio lega due idrogeno con due orbitali sp

2 2 2 2

con due legami covalenti semplici, mentre i due carboni si legano tra loro con il loro restante

orbitale sp con un legame sigma; ciascun carbonio ha ancora però un orbitale p non ibridizzato

2 z

singolarmente occupato; i due orbitali p danno quindi luogo al secondo legame a legare i due

z

carboni, un legame pi greco (pi greco perché leg due orbitali a 8, assumendo quindi la forma di

un pigreco). NB il legame sigma si forma per la sovrapposizione di orbitali ibridizzati, o un

orbitale ibridizzato e un orbitale non ibridizzato, mentre il legame pi greco si forma tra due

orbitali non ibridizzati. NB: è più facile rompere un legame pi greco che un legame sigma, per

questo si dice che è più facile trasformare un legame doppio in due legami semplici, che rompere

un legame semplice.

ibridizzazione sp: un elettrone dell’orbitale s viene promosso e salta sull’orbitale p ; in questa

• z

fase invece viene ibridizzato solo l’orbitale s e un orbitale p, e si formano così due orbitali ibridi

sp con energia intermedia tra s e p, singolarmente occupati, che formano un angolo di 180°; in

questo caso rimangono esclusi dall’ibridizzazione il p e p , che mantengono la loro energia, la

y z

loro forma. ad esempio in un alchino, uno degli orbitali ibridizzati sp si lega con un legame

semplice a un idrogeno; resta a ogni carbonio un altro orbitale sp che va a legare i due carboni

con un legame sigma; restano però due orbitali non ibridizzati p e p singolarmente occupati,

y z

che vanno a legare ulteriormente i due carboni con due legami pi greco. il legame triplo può

essere trasformato in un doppio legame e un altro legame semplice, con la rottura di uno dei due

legami pi greco.

Legami semplice, doppio e triplo possono risultare omopolari oppure polari, a seconda di quali

atomi si leghino insieme.

Tra i legami interatomici forti c’è un altro legame che però non identifica le molecole, ma i

composti: il legame ionico (se c’è un legame ionico è errato chiamarlo molecola). Il legame ionico,

come dice il nome stesso, avviene tra ioni (non c’è compartecipazione di elettroni). questo legame

si instaura tra elementi con forte differenza di elettronegatività. Ad esempio NaCl —> il sodio è nel

primo gruppo della tavola periodica e ha una forte tendenza a perdere l’elettrone che ha nel suo

strato più esterno diventando uno ione positivo; il cloro invece essendo un alogeno ha la tendenza

ad attrarre un elettrone e diventare ione negativo. quando i due atomi, uno di sodio e uno di cloro,

allo stato fondamentale, si trovano sufficientemente vicini da potersi influenzare reciprocamente, il

cloro fa prevalere la sua forte elettronegatività e strappa l’elettrone esterno del sodio; a questo

punto si form