Chimica generale e inorganica - legami

I Legami

Elemento elettropositivo + elemento elettronnegativo { legame ionico

Elettronegativo + Elettronegativo { legame covalente

Elettropositivo + Elettropositivo { legame metallico

Legame Ionico

• Il legame ionico implica il completo trasferimento di uno o piú elettroni da un atomo all'altro.
• Nella maggior parte delle sostanze il tipo di legame é determinato di natura elettrostatica tra opposte cariche esterne.
• L'attrazione elettrostatica tiene insieme ioni positivi e negativi in un reticolo cristallino.
• É possibile avere un legame con una coppia di elettroni provenienti entrambi da un atomo e nessuno dall'altro. In tal caso, viene condivisa l'intera coppia, "lone pair". Questi legami sono chiamati coordinativi, o dativi.

Legame Covalente

• Il legame covalente implica la compartecipazione di due elettroni tra due atomi.
• Quando due atomi elettronnegativi reagiscono tra di loro, entrambi hanno la tendenza ad accettare elettroni, non a cederli; in questi casi vengono condivisi.

Covalente Non-Polare

• 2 atomi identici con stessa elettronegativitá: la coppia é ugualmente condivisa

Covalente Polare

• 2 atomi con differente elettronegativitá separano alla carica, si forma un dipolo permanente, quindi un δ+ e δ-.

I Legami

ELEMENTO ELETTROPOSITIVO +ELEMENTO ELETTRONEGATIVO } LEGAME IONICO

ELETTRONEGATIVO +ELETTRONEGATIVO } LEGAME COVALENTE

ELETTROPOSITIVO +ELETTROPOSITIVO } LEGAME METALLICO

LEGAME IONICO

• Il legame ionico implica il completo trasferimento di uno o piu` elettroni da un atomo all`altro.
• Nella maggior parte delle sostanze il tipo di legame e` ritenuto di natura intermedia tra queste forme estreme.
• L'attrazione elettrostatica tiene insieme gli ioni positivi e negativi in un reticolo cristallino.
• E` possibile avere un legame con una coppia di elettroni provenienti entrambi da un atomo e non da l'altro. In tal caso viene condivisa l`intera coppia elettronica "lone pair".Questi legami sono chiamati coordinativi, o DATIVI.

LEGAME COVALENTE

• Il legame covalente implica la compartecipazione di due elettroni tra due atomi.
• Quando due atomi elettropositivi reagiscono tra di loro, entrambi hanno la tendenza ad accettare elettroni, non a cederli; in questi casi vengono condivisi.

COVALENTE NON-POLARE

• 2 atomi identici con stesse elettronegativita'; la coppia e` ugualmente condivisa

COVALENTE POLARE

• 2 atomi con differente elettronegativita', separazione delle cariche, si forma un dipolo permanente, quindi un d⁺ e d^-

Legame Metallico

- I metalli sono costituiti da ioni positivi impacchettati insieme e tenuti insieme dagli elettroni. Ovviamente il numero di cariche è bilanciato.

Esistono 3 tipi di impacchettamento:

1. Cubico compatto _{coordinazione 12}
2. Esagonale compatto
3. Cubico a corpo centrato _{coordinazione 8}

- L’elevata conducibilità elettrica e termica dei metalli derivano dalla mobilità degli elettroni nel reticolo.

Composti Ionici

• Sono tipicamente dei solidi, hanno alti punti di fusione ed ebollizione.
• Sono strutturati in modo regolare in un reticolo.
• L’attrazione è elettrostatica e non direzionale, estendendosi in modo uguale in tutte le direzioni.
• Conducono elettricità quando il composto è fuso o in soluzione; la conduzione avviene per migrazione degli ioni verso gli elettrodi opposti sotto l’influenza di un potenziale elettrico.
• Sono solubili nei solventi polari; insolubili in quelli organici.
• Reagiscono molto velocemente.

Composti Covalenti

• Sono tipicamente gassosi, liquidi o solidi a basso fondenti.
• Sono costituiti da molecole discrete.
• I legami sono direzionali e le interne forze di legame tengono insieme gli atomi per formare una molecola.
• Alcuni come il diamante sono costituiti da reticoli giganti con legami covalenti invece che da molecole discrete.
• Sono degli isolanti.
• Sono solubili nei solventi non polari; covalenti organici.
• Reagiscono molto lentamente e l’energia necessaria per attivare e rompere i legami.

Legame Ionico (cap.3)

• I solidi ionici sono tenuti insieme dall'attrazione elettrostatica tra ioni positivi e negativi.
• La forza attrattiva sarà massima quando ciascuno ione è circondato dal numero più grande possibile di ioni di carica opposta.
• Il numero di ioni che circonda un certo ione è chiamato numero di coordinazione.
• Se i raggi ionici sono noti, il rapporto radiale può essere calcolato e quindi si può predire il numero di coordinazione e la struttura.
• Nel close packing il 26% dello spazio non è occupato e si può considerare che esistano delle "buche" nel reticolo cristallino.
• Alcune buche si trovano tra 4 sfere (tetraedriche), alcune tra 6 sfere (ottaedriche).
• Gli ioni più piccoli possono andare ad occupare queste buche, che in un arrangiamento compatto sono in rapporto 2 tetraedrico : 1 ottaedrico.
• I rapporti radiali non forniscono sempre un metodo completamente affidabile per prevedere quale sarà la struttura effettiva adottata, considerate le eccezioni, sebbene in individuo nelle maggior parte dei casi nè struttura corretta.
• I rapporti radiali danno quindi una guida.

grossolana alla previsione delle strutture geometricamente possibili.

- Infine la ragione per cui si forma una particolare struttura cristallina è che essa fornisce l'energia reticolare più favorevole

Energia Reticolare

• L'energia reticolare (U) di un cristallo è l'energia che si libera quando una grammo molecola del cristallo si forma dagli ioni gassosi Na⁺_(g) + Cl^-_(g) → NaCl
• Le energie reticolari non si possano misurare direttamente, ma i valori sperimentali sono ottenuti da stati termodinamici usando il ciclo di Born-Haber.

E = -A z⁺z^-e²N_ø / r

• L'espressione delle forze attrattive tra gli ioni dà un valore negativo per l’energia, cioè l'energia viene rilasciata quando si ha la formazione di un cristallo.Tanto maggiore sarà la quantità di energia rilasciata, tanto più stabile sarà il cristallo.
• Le forze repulsive aumentano rapidamente al decrescere di r
• Per grammo-molecole N_øB / r^m
• L’energia totale che tiene insieme il cristallo è l'energia reticolare (U), somma delle forze attrattive e repulsive

U = -N_øA z⁺z^-e² / r + N_øB / r^m

- All'equilibrio ^dU/_dr = 0 e la distanza di

equilibrio r = r_o.

^dU/_dr = ^{N_AA z+z-e2}/_r² - ^{m B N_A}/_ro^m+1 = 0

⇒ ricavo B

B = ^{N_AA z+z-e2rm-1}/_M

U = - ^{N_AA z+z-e2}/_ro (1 - ¹/_M)

Equazione di Born-Landé

- Permette il calcolo dell'energia reticolare

conoscendo la geometria del cristallo, le cariche

e la distanza inter-ionica.