Chimica inorganica

I LEGAMI

La reattività degli elementi nel formare composti è guidata dalla regola dell’ottetto.

Questa regola afferma che un atomo cede, accetta o condivide elettroni allo scopo di

completare il riempimento del livello elettronico più esterno.

Quando l’atomo cede e un altro acquista elettroni (o viceversa) si forma un

legame ionico

Quando invece un atomo condivide elettroni con un altro atomo si forma un

legame covalente

1) LEGAME IONICO

Si forma tra atomi con elevata differenza di elettronegatività in seguito al trasferimento

di uno o più elettroni di valenza dall'atomo meno elettronegativo al più elettronegativo

(con formazione di due ioni di carica opposta)

il legame acquista carattere ionico superiore al 50 % quando la differenza di

elettronegatività tra gli atomi coinvolti è superiore a 1,7. Il legame ionico è una reazione

elettrostatica tra due ioni di carica opposta. Non si formano nè orbitali molecolari nè

moelcole.

Quando un metallo reagisce con un non metallo si forma un composto ionico perché il

metallo cede elettroni al non metallo e si formano ioni.

L’unità fondamentale di un composto ionico è l’UNITA’ FORMULA, che è il più piccolo

aggregato di ioni che sia elettricamente neutro.

Le unità formula NON sono molecole perché non esistono in unità discrete.

Es. NaCl è l’unità formula del solido ionico costituito da ioni Na+ e ioni Cl-

Ciascun catione è circondato dal maggior numero di anioni e viceversa. La forza che li

tiene uniti è puramente elettrostatica e il legame ionico è non direzionale. Il cristallo

complessivo è elettricamente neutro.

Na+ e Cl- sono gli ioni e NaClè l’unità formula.

2) LEGAME COVALENTE

sempre fatto da 2 elettroni provenienti da due atomi elementi diversi. Si forma quando

due atomi con elettronegatività uguale o simile mettono in comune uno o più elettroni

spaiati, in modo da raggiungere entrambi l'ottetto, ovvero una configurazione

elettronica stabile. La coppia di elettroni condivisa appartiene simultaneamente ad

entrambi gli atomi. (si forma tra atomi la cui differenza di elettronegatività sia inferiore

ad 1,7). Mano a mano che gli atomi si avvicinano gli elettroni dell'uno iniziano a risentire

della forza di attrazione elettrostatica esercitata dal nucleo dell'altro e viceversa.

Contemporaneamente iniziano ad esercitare il loro effetto anche le forze di repulsione

tra i due nuclei (positivi) e le nuvole elettroniche (negative).

LA DISTANZA TRA I DUE NUCLEI IN CORRISPONDENZA DELLA QUALE SI INSTAURA UN

EQUILIBRIO TRA QUESTE FORZE VIENE CHIAMATA LUNGHEZZA DI LEGAME:

Il legame covalente si indica con una lineetta tra i due atomi. Quando gli atomi sono

OMOPOLARE.

uguali il legame covalente si dice

Il raggiungimento dell'ottetto può richiedere la formazione di due o tre legami covalenti

tra la stessa coppia di atomi.

Il legame covalente può essere:

• semplice ( una coppia)

• doppio (due coppie)

• triplo (3 coppie)

IL LEGAME METALLICO

A temperatura ambiente tutti i metalli tranne il mercurio (Hg) sono allo stato solido (gli

atomi sono disposti in modo ordinato nelle tre direzioni dello spazio) a formare un

reticolo cristallino. Il legame tra gli atomi nel cristallino non è nè ionico nè covalente. I

metalli tendono a cedere i loro elettroni, trasformandosi in cationi. Gli elettroni perduti

messi in comune fra gli atomi delocalizzati su un orbitale esteso a tutto il metallo,

possono muoversi liberamente in tutto il campione

L'attrazione tra cationi del reticolo e gli elettroni di valenza delocalizzati costituisce il

legame metallico.

I METALLI sono considerati degli ottimi conduttori di energia elettrica e di energia

termica. Questa capacità di condurre l´energia elettrica e l´energia termica è dovuta alla

grande mobilità degli elettroni.

Per poter comprendere il legame metallico dobbiamo immaginare i nuclei di un metallo

immersi in una nube di elettroni, questo spiega la mobilità degli elettroni, la non-

direzionalità del legame e le proprietà dei metalli come conduttori e facilmente

plasmabili in lamine o fili sottili.

Formule di risonanza

In molti casi è possibile scrivere più di una struttura per lo stesso composto, lasciando

inalterate le posizioni degli atomi. 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.

La forma delle molecole

Il modello VSEPR (valence shell electron pair repulsion) è basato sull’idea che le coppie

di elettroni leganti e non leganti nel guscio di valenza di un atomo si respingono le une

con le altre e si dispongono alla massima distanza possibile. Consente di prevedere la

direzione dei legami e la geometria della molecola

Se due atomi formano tra loro 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 hanno un

contenuto energetico e una forza inferiore al legame s. La lunghezza del legame

diminuisce passando dal singolo al doppio al triplo.

N.B. 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.

Numero di ossidazione

È la carica formale che un elemento assume in un composto se si ammette che gli

elettroni di legame siano assegnati all’elemento più elettronegativo.

Es. H-Cl. Cl è più elettronegativo di H. i due elettroni di legame vengono formalmente

assegnati a lui. Uno di questi elettroni è suo, l’altro è di H. Quindi il numero di

ossidazione di Cl in questo composto è -1.

il numero di ossidazione di H in questo composto è +1.

Es. O=O. non c’è differenza di elettronegatività tra i due atomi di ossigeno. Quindi il

numero di ossidazione dell’ossigeno in questo composto è zero.

Il numero di ossidazione è di grande utilità per scrivere le formule dei composti e dare

loro il nome e per prevedere la direzione dello scambio di elettroni fra specie chimiche

diverse.

Regole per assegnare i numeri di ossidazione agli elementi nei composti

• La somma algebrica dei numeri di ossidazione di tutti gli elementi in una molecola

è uguale a zero

• In uno ione, la somma algebrica dei numeri di ossidazione di tutti gli elementi

dello ione è uguale alla carica dello ione

• Il numero di ossidazione di una sostanza allo stato elementare è zero

• I metalli hanno sempre numeri di ossidazione positivi, che corrispondono alla

carica del metallo nel composto. I metalli alcalini sempre +1, gli alcalino terrosi +2.

• Il fluoro (F) che è l’elemento più elettronegativo della tavola periodica ha sempre

numero di ossidazione –1

• L’ossigeno ha numero di ossidazione -2 nei composti. Fanno eccezione i perossidi

(dove il numero di ossidazione è -1) e i composti in cui O è combinato con F (es.

OF2dove vale +2)

• Idrogeno ha numero di ossidazione +1. Fanno eccezione gli idruri, composti tra

metallo e idrogeno dove vale -1

• Alogeni (ad eccezione del fluoro) e non metalli (S, N, P) possono avere numeri di

ossidazione positivi quando sono combinati con l’ossigeno (che è più

elettronegativo).

• Cromo, Bromo e Iodio se stanno con l'Ossigeno, perdono gli elettroni e possono

essere positivi

Bilanciamento delle reazioni chimiche

Una reazione chimica è una equazione. La freccia è il segno di uguale nella equazione,

a sinistra ci sono i reagenti a destra i prodotti.

H2 + O2 ---------> H2O

Qualità e quantità degli atomi che compaiono a sx dell’equazione devono essere uguali a

quelli che compaiono a dx.

Bilanciare

2H2 + O2 -------> 2H2O

REGOLE PER BILANCIARE

• E' opportuno iniziare a bilanciare da un elemento diverso dall'idrogeno (H) e

dall'ossigeno (O) perchè questi elementi compaiono spesso in più di due composti

• uno ione poliatomico che compare sia nei reagenti che nei prodotti va contatto

come un tuttuno

La legge di conservazione della massa equivale a bilanciare le masse della reazione

Tipi di reazione: REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE O REDOX

Almeno due elementi che si trovano tra i reagenti cambiano il loro stato di ossidazione

nel passare a prodotti.

2Mg + O2-----> 2MgO

Mg passa da 0 a +2: ha perso due elettroni e ha subito ossidazione. È l’agente riducente

Ossigeno passa da 0 a -2: ha acquistato due elettroni e ha subito riduzione. È l’agente

ossidante

Elemento che perde elettroni si ossida e viene detto elemento riducente.

Elemento che acquista elettroni si riduce e viene detto elemento ossidante.

Il numero di elettroni ceduti da una specie in una reazione redox DEVE essere uguale al

numero di elettroni acquistati dall’altra specie

BILANCIARE UNA REDOX

• Si identifica la specie che si ossida e quella che si riduce mettendo i numeri di

ossidazione nei reagenti e nei prodotti

• si segnalano gli scambi elettronici su due linee

• si bilancia lo scambio elettronico moltiplicando tutte le specie per fattori che

assicurino l'uguaglianza degli elettroni scambiati

• se necessario si bilanciano le cariche utilizzando H+ o OH- a seconda che la

reazione avvenga in ambiente acido o basico.

se il reagente subisce sia l'ossidazione che la riduzione, si parla allora di

DISPROPORZIONE O DISMUTAZIONE

RIASSUMENDO

• DISMUTAZIONE O DISPROPORZIONE.

devo bilanciare le cariche e alla fine sommo i reagenti da un lato ed i prodotti

dall'altro (devono risultare uguali)

• REDOX IN AMBIENTE ACIDO

devo bilanciare le cariche. Sommando poi quelle dei reagenti e dei prodotti noto

che sono diverse (mancano ioni positivi allora dove serve aggiungo H+ ). Per

bilanciare la reazione aggiungo dall'altra parte H20 (quanto necessario)

• REDOX IN AMBIENTE BASICO

devo bilanciare le cariche. Sommando poi quelle dei reagenti e dei prodotti noto

che sono diverse (mancano ioni negativi, allora dove serve aggiungo OH-) Per

bilanciare la reazione aggiungo dall'altra parte H20 (quanto necessario)

Una reazione redox può es