Chimica Generale e inorganica - Appunti

ENERGIA&DI&IONIZZAZIONE&

La!formazione!di!un!legame!in!un!composto!ionico!dipende!dall’allontanamento!di!uno!o!più!

elettroni!da!un!atomo!e!dal!loro!trasferimento!su!un!altro!atomo.!Di!conseguenza,!l’energia!

necessaria!ad!allontanare!gli!elettroni!dagli!atomi!ha!un’importanza!decisiva!per!comprendere!le!

proprietà!chimiche.!!

L’energia+di+ionizzazione+è!

l’energia! richiesta! per!

allontanare! un! elettrone! da!

un!atomo.!

L’energia+ di+ ionizzazione+

primaria,! I1,! è! l’energia!

necessaria! ad! allontanare!

un! elettrone! dall’atomo!

neutro.!

L’energia+ di+ ionizzazione+

secondaria,! E2,! di! un!

elemento! è! l’energia! che!

occorre! per! allontanare! un!

elettrone! da! un! catione!

dotato!di!una!singola!carica.!

Poiché!l’energia!di!

ionizzazione!è!una!misura!

della!difficoltà!di!rimozione!

di!un!elettrone,!l’elemento!

con!bassa!energia!di!ionizzazione!ha!la!tendenza!a!formare!cationi!mentre!quello!con!alta!energia!

di!ionizzazione!tende!a!formare!anioni.!!

In!genere!l’energia!di!ionizzazione!primaria!declina!discendendo!lungo!un!gruppo!e!aumenta!

lungo!un!periodo.!

La!diminuzione!discendendo!lungo!un!gruppo!si!spiega!col!fatto!che!passando!da!un!periodo!al!

successivo!l’elettrone!più!esterno!occupa!un!livello!più!distante!dal!nucleo!e!quindi!è!meno!

! 12!

trattenuto.!Lungo!il!periodo,!l’energia!di!ionizazione!aumenta,!poiché!vi!è!un!aumento!della!carica!

nucleare!effettiva.!

L’energia!di!ionizzazione!secondaria!di!un!elemento!è!sempre!maggiore!della!corrispondente!

energia!di!ionizzazione!primaria.!!

Infatti,!occorre!maggiore!energia!per!allontanare!un!elettrone!da!uno!ione!carico!positivamente!

che!da!un!atomo!neutro.!Per(gli(elementi(del(gruppo(1(l’energia(di(ionizzazione(secondaria(è(

considerevolmente(superiore(a(quella(primaria.(

AFFINITA’&ELETTRONICA&

Per!affinità!elettronica!si!intende,!

l’energia! liberata! da! un! atomo!

quando! si! forma! un! legame!

chimico.! Un! valore! positivo!

dell’affinità!elettronica!indica!che!

tale! energia! viene! rilasciata!

quando! l’elettrone! si! lega! a! un!

atomo,! mentre! un! valore!

negativo!dice!che!per!aggiungere!

l’elettrone!all’atomo!è!necessario!

fornire!energia.!

L’andamento! è! meno! periodico!

rispetto! ai! casi! del! raggio! e!

dell’energia! di! ionizzazione.! La!

tendenza!è!comunque!percepibile,!fatta!eccezione!per!i!gas!nobili:!le!affinità!elettroniche!sono!più!

elevate!verso!la!porzione!superiore!destra!della!tavola!periodica.

Altre!proprietà!con!variazione!periodica!sono!l’elettronegatività!e!i!numeri!di!ossidazione.!

5.# IL#LEGAME#CHIMICO!

Il# legame# chimico# è# una# forza# di# attrazione# di# tipo# elettrico# capace# di# tenere# uniti# gli# atomi% e%

quindi&di&dare&origine&a&tutte&le&sostanze.&Si&forma&un&legame&stabile&tra&due&o&più&atomi&quando&le&

forze&di&attrazione&prevalgono&sulle&forze&di&repulsione.&Gli&atomi&legati&costituiscono&un&sistema&

stabile(poiché(possiedono(un’energia(chimica(minore!di!quella!che!corrisponde!agli!stessi!atomi!

isolati.!!

Quando!fra!due!atomi!s’instaura!un!legame,!l'energia!delle!molecole!risulta!minore!della!somma!

delle! energie! dei! corrispondenti! atomi! liberi.! Questa! diminuzione! di! energia! sta! alla! base! della!

formazione!di!legame.!!

La! configurazione! elettronica! assunta! da! un! atomo! è! molto! importante! per! studiare! il! tipo! di!

legame!che!si!forma.!!

I!legame!interatomici!possibili!sono:!Legame+ionico,+Legame+covalente+e+Legame+metallico.!!

Le!caratteristiche!fondamentali!dei!legami!sono:!!

DISTANZA+DI+LEGAME.!Distanza!tra!gli!atomi!!

• DIREZIONALITA'+DI+LEGAME.!Struttura!spaziale!della!molecola!!

• ENERGIA.!Stabilità!del!composto!e!reattività!!

•

IL&LGAME&IONICO&&

Tale! legame! s’instaura! tra! atomi! aventi! bassa! energia! di! prima! ionizzazione! (alcalini,! alcalino!

terrosi)!e!atomi!ad!alta!affinità!elettronica!(alogeni!e!non!metalli).!La!forza!d’interazione!è!tanto!

maggiore!quanto!maggiore!sono!le!cariche!dei!due!ioni!e!tanto!minore!quanto!sarà!la!distanza.!In!

questo! tipo! di! legame! abbiamo! un! vero! e! proprio! passaggio! di! elettroni! che! permette! la!

! 13!

formazioni! di! ioni! stabili! chiamati! cationi! e! anioni.! L'impaccamento! atomico,! ovvero! la!

disposizione!spaziale!degli!ioni,!varia!a!seconda!della!dimensione!e!numero!dei!cationi!e!anioni.!!

!

Per! determinare! se! il! composto! è! ionico,! bisogna! guardare! l'elettronegatività! degli! atomi!

costituenti!la!molecola.!Se!la!differenza!di!elettronegatività!tra!anione!e!catione!risulta!essere!>!di!

1,9,!il!composto!è!ionico.!!

L'energia+reticolare!di!un!solido!ionico!indica!la!forza!dei!legami!che!formano!un!dato!composto!

ionico.! Viene! solitamente! definita! come! l'entalpia! standard! di! formazione! del! composto! ionico!

ottenuto! a! partire! dai! singoli! ioni! in! fase! gassosa! che! concorrono! a! formarlo.! Gli! ioni! formano!

strutture!cristalline!stabili!solo!quando!l'energia!di!formazione!assume!valori!negativi.!!

Il!Ciclo+di+Born9Haber!ha!permesso!di!conoscere!il!concetto!di!entalpia!di!formazione.!!

Se( la( trasformazione( è( esotermica( avremo( una( variazione( di( entalpia( negativa,( mentre( se( la(

trasformazione(è(endotermica(avremo(una(variazione(positiva.!!

IL&LEGAME&COVALENTE&&

I! legami! covalenti! possibili! sono! di! tre! tipi:+ covalente+ apolare,+ covalente+ polare+ e+ covalente+

dativo.+ Il( legame( covalente( s’instaura( quando( gli( elettroni( di( legame( non( vengono( ceduti( ma(

vengono(condivisi.(Non(avremo,(quindi,(la(formazione(di(ioni(ma(la(formazione(di(atomi(con(cariche(

parziali.(Il(legame(covalente(è(considerato(direzionale,(poiché(gli(orbitali(atomici(hanno(una(precisa(

orientazione(nello(spazio.!!

LEGAME&COVALENTE&APOLARE&

Parleremo!di!legame!covalente!apolare,!all’instaurarsi!di!legami!tra!atomi!dello!stesso!elemento!!

(Cl )!o!la!cui!differenza!di!elettronegatività!!è!=!0!(max.!0,4).!!!

2

!

!

!

! !

Per!la!formazione!di!tale!legame,!alla!distanza!di!legame!di!equilibrio!la!

forza!di!attrazione!e!di!repulsione!si!bilanciano.!Perché!il!fenomeno!

avvenga!è!necessario!che!la!trasformazione!porti!ad!una!riduzione!della!

energia!totale!del!sistema.!Nella!curva!A,!che!corrisponde!alla!formazione!

di!un!legame!tra!atomi!di!idrogeno,!il!valore!E !rappresenta!un’energia!

0

negativa!che!rappresenta!un’energia!di!stabilizzazione.!

&

LEGAME&COVALENTE&POLARE&

Gli!atomi!per!stabilizzarsi!tendono!ad!assumere!una!

configurazione!elettronica!simile!a!quella!dei!gas!

nobili.!Tendono!dunque!ad!avere!l'ottetto!completo.!Un!concetto!importante!che!sta!alla!base!della!

formazione!di!legame,!è!l'elettronegatività,!ovvero!la!capacità!di!un!elemento!di!attirare!a!se!un!

elettrone!di!legame!(aumenta!lungo!il!periodo!e!diminuisce!lungo!il!gruppo).!

Maggiore!è!la!differenza!di!elettronegatività!tra!gli!atomi,!maggiore!sarà!la!polarità!di!legame.!!

Nel!legame!covalente!polare!la!differenza!di!elettronegatività!tra!gli!atomi!deve!essere!0<x<1,9.!!

A!differenza!del!legame!ionico,!nel!legame!covalente!polare,!la!molecola!non!presenterà!una!parte!

nettamente!positiva!ed!una!negativa,!ma!presenterà!delle!cariche+parziali!che!danno!origine!ad!

un!dipolo. !

! 14!

LEGAME&COVALENTE&DATIVO&

Un!particolare!tipo!di!legame!covalente!è!quello!conosciuto!come!legame!dativo.!!

Nel! legame! covalente! dativo,! la! coppia! di! elettroni! comuni! è! fornita! da! uno! solo! degli! atomi!

partecipanti! al! legame! in! seguito! a! rottura+ eterolitica.! Questo! atomo! prende! il! nome! di!

donatore,! mentre! l’atomo! che! riceve! la! coppia! elettronica! prende! il! nome! di! accettore.! Questo!

evento! accade! quando! un! atomo! ha! già! raggiunto! l’ottetto! esterno.! Alcuni! esempi! di! legami!

covalenti!dativi!si!trovano!nelle!molecole!degli!acidi,!quali!HNO ,!H SO e!HClO.!

3 2 4!

!

Un! altro! tipo! di! legame! dativo! particolare! è! quello! formato,! ad! esempio,! dalla! molecola! di!

ammoniaca!e!lo!ione!H .!Questo!tipo!di!legame!prende!il!nome!di!legame+di+coordinazione.++

+

Mentre! in! caso! l’accettore! di! elettroni! sia! un! atomo! metallico! si! parlerà! di! composto+ di+

coordinazione+o+complesso.+

+

!

!

!

!

Il!numero!di!ioni!o!molecole!legate!all’atomo!centrale!costituisce!il!numero+di+coordinazione!del!

complesso!(valori!tra!2!e!6).!

GEOMETRIA&MOLECOLARE&

Altro! fattore! importante! che! permette! di! studiare! la! polarità! della! molecola! (simmetria! o!

asimmetria!)!o!i!tipi!di!legami!tra!molecole!è!la!geometria!molecolare.!

Le!molecole!poliatomiche!sono!in!grado!di!dare!origine!a!strutture!geometriche!diverse!in!base!ai!

legame!che!possono!fare!e!alla!presenza!di!orbitali!liberi!e!ogni!struttura!spaziale!presenta!angoli!

di!legame!diversi.!!

Le!principali!strutture!spaziali!sono:!

coppie+

coppie! coppie! struttura! struttura!

di! angolo! forma! esempi!

elettroniche! solitarie! Lewis! tridimensionale!

legame!

2 2 / 180° lineare BeCl ! !

! ! ! ! + !

2

trigonale +

3 3 / 120° BCl

! ! ! ! !

3

planare + ! !

3 2 1 <120° angolare SO !

! ! ! ! + !

2 !

4 4 / 109,5° tetraedrica CH

! ! ! ! + !

4 !

!

piramidale +

4 3 1 107,3° NH

! ! ! ! !

3

trigonale + !

!

ombrello +

4 2 2 104,5° H O

! ! ! ! !

2

+ ! !

Dalla!tabella!si!può!notare!che,!nel!caso!in!cui!tutte!le!coppie!siano!condivise,!gli!angoli!di!legame!

sono!uguali.!In!SO ,!la!coppia!non!condivisa!esercita!una!repulsione!e!l’angolo!di!legame!

2

diminuisce;!lo!stesso!vale!in!NH !e!ancor!più!in!H O,!dove!le!coppie!non!condivise!sono!due.!!

3 2

! 15!

Il!modello!degli!orbitali!atomici,!però,!non!spiega!il!legame!che!caratterizza!certe!molecole!tra!cui!

quella! del! metano.! Infatti! il! carbonio! da! configurazione! elettronica! esterna! presenta! solo! due!

Legame Chimico II Chimica generale ed Inorganica: Chimica Generale elettroni! negli! orbitali! 2p,! tuttavia! è!

ibridizzazione: CH in!grado!di!effettuare!4!legami.!!

4

E Questo! comportament