chimica generale e inorganica

ELETTRONEGATIVITÀ

Ossia la capacità di un atomo in una molecola di attrarre verso di sé gli elettroni di un legame covalente.

Quando gli atomi sono uguali e la differenza di elettronegatività è nulla, il legame covalente si dice puro (o apolare) e gli elettroni sono equamente condivisi dai due atomi.

Quando la differenza di elettronegatività fra gli atomi del legame è molto elevata, l'elettrone del metallo è trasferito al non metallo e si forma un legame ionico.

Quando la differenza di elettronegatività fra gli atomi del legame è intermedia (come fra due non metalli diversi) il legame è covalente polare.

L'elettronegatività di un atomo impegnato in un legame covalente consente di stabilire il numero di ossidazione dell'elemento in quel composto.

In una molecola, il numero di ossidazione di un elemento nella molecola è la carica che tale elemento assumerebbe se si assegnassero gli elettroni di legame all'elemento più elettronegativo.

elettronegativoQuando H è combinato con un alogeno, il composto risultante è un ACIDO alogen-IDRICO

HF → acido fluoridrico

HBr → acido bromidrico

HCl → acido cloridrico

HI → acido iodidrico

In questi composti l'alogeno ha sempre n.o. -1 e l'idrogeno sempre +1

Quando si hanno più di due atomi, per scrivere lo scheletro corretto della molecola occorre seguire le seguenti linee guida:

Gli atomi di idrogeno sono sempre terminali, ossia sono legati ad un solo altro atomo (al contrario degli atomi centrali che sono legati a 2 o più atomi)

Gli elementi più elettronegativi vanno posizionati verso le estremità della molecola, mentre quelli meno elettronegativi (diversi dall'idrogeno) nella posizione centrale

Eccezioni alla regola dell'ottetto: Molecole o ioni con numero dispari di elettroni

La molecola ha un elettrone spaiato ed è paramagnetica. Si dice anche che NON è un radicale

FORMULE DI RISONANZA:

Esperimento dice che i legami sono lunghi uguali (127.8 pm). La

lunghezza è intermedia tra legame singolo (132 pm) e doppio (121 pm). Nessuna delle due strutture descrive correttamente la molecola reale. La struttura reale è una combinazione o ibrido di risonanza delle due strutture equivalenti disegnate sopra.

Esempio importante in chimica organica: benzene.

In molti casi è possibile scrivere più di una struttura per lo stesso composto, lasciando inalterate le posizioni degli atomi. Ad esempio per lo ione nitrato, NO3- si possono scrivere altre forme equivalenti:

Se solo una di queste strutture rappresentasse la molecola, dovrei trovare un legame N-O più corto e gli altri più lunghi. In realtà i legami risultano tutti lunghi uguali e di una lunghezza intermedia tra semplice e doppio legame. La vera struttura è rappresentata contemporaneamente dalla combinazione di tutte quelle possibili.

Significa che nessuna struttura da sola è pienamente rappresentativa, ma tutte contribuiscono. La struttura si chiama ibrido di risonanza.

MOLECOLE: Il modello VSEPR (valence shell electron pair repulsion) è basato sull'idea che le repulsioni tra le coppie di elettroni determinano la geometria molecolare. Devo valutare le coppie di elettroni attorno ad un atomo. Quali conto? Quelle di legame s e quelle di non legame (o solitarie). Esse tenderanno a stare il più possibile distanti fra loro per minimizzare la repulsione.

Due coppie di elettroni: geometria lineare
Atomo centrale: 2 coppie di legame s, nessuna coppia solitaria (di non legame)

Tre coppie di elettroni: geometria triangolare planare
Atomo centrale: 3 legami covalenti s, nessuna coppia solitaria

Quattro coppie di elettroni: geometria tetraedrica
Atomo centrale: 4 legami covalenti s, nessuna coppia solitaria

Nel piano- quadrato l'angolo di legame è solo di 90°
4 legami uguali => tetraedro regolare, nessuna distorsione, angoli di 109.5°

Cinque coppie di elettroni: geometria bipiramidale a base triangolare
Atomo centrale: 5 legami covalenti s, nessuna

coppia solitaria

Sei coppie di elettroni: geometria ottaedrica

Atomo centrale: 6 legami covalenti s, nessuna coppia solitaria

LEGAMI MULTIPLI o π

La loro presenza NON influenza la forma globale delle molecole, poiché devono rimanere nella regione di spazio tra i due nuclei, dove già c'è la coppia di elettroni del legame singolo.

Riassumendo:

Se due atomi formano tra loro un doppio legame, il primo è s e il secondo è p.

Se due atomi formano un triplo legame, il primo è s e il secondo ed il terzo sono p.

I legami p hanno un contenuto energetico e una forza inferiore al legame s.

La lunghezza del legame diminuisce passando dal singolo al doppio al triplo.

Attorno ad un legame semplice c'è possibilità di rotazione.

Attorno ad un legame multiplo (doppio e triplo) NON c'è possibilità di ruotare.

Elementi voluminosi che appartengono ai periodi superiori al secondo incontrano difficoltà nel formare legami multipli =>C=C è frequente, mentre Si=Si non lo è;P=O

È frequente, mentre P=S non lo è.

FORMA DELLE MOLECOLE E POLARITÀ:

Legami covalenti polari fra atomi con diversa elettronegatività.

Ci possono essere MOLECOLE POLARI (a seconda della loro forma e della natura dei loro legami)

La geometria molecolare fa sì che i momenti di dipolo dei singoli legami si annullino fra loro

Ogni legame C=O è polare, ma CO2 nel suo complesso è una molecola apolare!

La molecola di acqua è polare.

METALLI E LEGAME METALLICO:

Caratteristiche tipiche dei METALLI:

• ottima conducibilità (i metalli sono ottimi conduttori di energia elettrica e termica, grazie alla grande mobilità degli elettroni)
• duttilità, malleabilità

Per poter comprendere il legame metallico dobbiamo immaginare i nuclei di un metallo immersi in una nube (o mare) di elettroni.

Questo spiega la mobilità degli elettroni, la non-direzionalità del legame e le proprietà dei metalli come conduttori e come facilmente plasmabili in lamine o fili sottili.

Aggregato di ioni positivi

che occupano posizioni ben definite nella struttura del solido con elettroni di valenza mobili delocalizzati all'interno del metallo. Gli elementi metallici nello stato solido presentano strutture compatte. Gli atomi di un metallo si dispongono secondo le seguenti strutture: cubica, cubica a corpo centrato, cubica a facce centrate e esagonale. SCRIVERE E BILANCIARE LE REAZIONI CHIMICHE: Una reazione chimica è un processo in cui una o più sostanze sono convertite in una o più sostanze diverse. Una reazione chimica è una EQUAZIONE. A sinistra ci sono i reagenti, a destra i prodotti. Bilanciare una reazione chimica significa individuare e mettere DAVANTI ALLE FORMULE i numeri giusti in modo tale che il numero di atomi di ciascun elemento a sinistra e a destra dell'equazione sia uguale. Questi numeri sono chiamati COEFFICIENTI STECHIOMETRICI. N.B. bilanciando una reazione si cambia il numero delle molecole in una reazione MA non si cambia il tipo di molecole. I coefficienti

Le reazioni stechiometriche indicano le quantità relative in moli di ciascuna sostanza coinvolta nella reazione. La relazione numerica fra le quantità chimiche in un'equazione bilanciata è detta stechiometria della reazione. La stechiometria permette di prevedere la quantità di prodotti che si formano in una reazione chimica a partire dalla quantità di reagenti che reagiscono.

Pertanto, considerando la reazione n A + m B, se il problema dà la massa della specie A che reagisce, occorre trasformare tale dato nel corrispondente numero di moli di A e poi utilizzare l'opportuno rapporto stechiometrico ottenuto nell'equazione bilanciata per trovare le moli di prodotto B (da cui poi si può ricavare la massa di prodotto B formato).

REAGENTE LIMITANTE: Il reagente limitante limita la quantità di prodotto che si può ottenere nella reazione. È quello che si consuma completamente e che produce la minor quantità di prodotto. Il reagente in eccesso è qualsiasi reattivo presente in

quantità maggiorerispetto a quella necessaria per reagire completamente con il limitante.

Ragionamento alternativo:

Le 8 molecole di O2 necessitano di 4 molecole di CH4 per reagire completamente. Dato che ho 5 molecole di CH4 vuole dire che O2 è il reagente limitante (o in difetto). CH4 sarà invece il reagente in eccesso.

Se dispongo di 5 molecole di CH4 e di 8 di O2, qual è il reagente limitante?

La resa teorica è definita come la massima quantità di prodotto che può essere ottenuta considerando il limitante.

La resa reale è la quantità di prodotto ottenuta realmente a seguito dellareazione svolta in laboratorio.

La resa percentuale è calcolata come (resa reale/resa teorica) x 100.

Es. È data la seguente reazione:

TiO2(s) + 2 C(s) Ti(s) + 2 CO(g)

Quando si fanno reagire 28.6 kg di C con 88.2 kg di TiO2 si ottengono 42.8 kg di Ti.

Trovare il reattivo limitante, la resa teorica (in kg) e la resa percentuale

28.6x10^3 2.38x10^3mol C = (g) / 12 (g/mol) = mol Da queste

otterrei 1.19x10^3 88.2x10^3 1.1x10^3 mol di Ti mol TiO2 = (g) / 79.9 (g/mol) = mol Da 1.1x10^3 otterrei mol di Ti Il TiO2 è il reattivo limitante. 1.1x10^3 5.27x10^4 La resa teorica (in kg) è pari a mol Ti x 47.87 (g/mol) = g = 52.7 kg Resa percentuale = [42.8 (kg) / 52.7 (kg)] x 100 = 81% STECHIOMETRIA DELLE SOLUZIONI: CONCENTRAZIONE Spesso le reazioni chimiche coinvolgono reattivi disciolti in acqua. Si parla di soluzioni acquose, che sono un esempio di miscela omogenea: l'acqua è il solvente (specie più abbondante nella miscela), mentre la componente minoritaria è detta soluto. La quantità di soluto in una soluzione è variabile e si esprime in termini di concentrazione. In particolare, definiamo la concentrazione molare (M) come: M = quantità di soluto (moli) / volume di soluzione (L) che risulta quindi espressa in mol/L, o M- PREPARAZIONE DI UNA SOLUZIONE ACQUOSA 1 M DI NaCl N.B. NON AGGIUNGO 1L DI ACQUA DILUIRE UNA SOLUZIONE significa preparare una nuova soluzione lauoluzione consiste nel sciogliere una sostanza (soluto) in un solvente per formare una soluzione. In questo caso, stiamo preparando una soluzione di CaCl2. Per preparare la soluzione finale, abbiamo bisogno di 1.5 moli di CaCl2. Per calcolare il volume di soluzione di partenza necessario, possiamo utilizzare la formula: V = moli / concentrazione Dove V è il volume, moli è il numero di moli di soluto e concentrazione è la concentrazione della soluzione di partenza. Quindi, nel nostro caso: V = 1.5 mol / 10 mol/L = 0.150 L Questo significa che dobbiamo prelevare 0.150 L della soluzione di partenza, che ha una concentrazione maggiore, e trasferirla in un matraccio da 3.00 L totali. Successivamente, dobbiamo portare il volume a 3.00 L aggiungendo acqua. Il processo di dissoluzione consiste nel sciogliere il soluto (CaCl2) nel solvente (acqua) per formare la soluzione finale.