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Il legame chimico e l'energia di legame
Il legame chimico tiene uniti 2 o più atomi, a volte basta un singolo legame per tenerli insieme (H2), se ci sono più atomi chiaramente ci saranno più legami in gioco. Gli atomi si uniscono per arrivare ad una configurazione di maggiore stabilità rispetto a quando erano separati; si dice energia di legame l'energia necessaria per rompere una mole di legami del tipo considerato. ● legame covalente → condivisione di un doppietto elettronico tra due atomi, il valore deltaE non è maggiore di 1,7. È più forte dello ionio e si divide in due tipologie: - omopolare: elettroni equamente condivisi fra atomi che hanno la stessa elettronegatività o che hanno una deltaE inferiore a 0,4. Esempio: in H si assiste alla parziale sovrapposizione degli orbitali 1s per generare un orbitale molecolare 2H-H abitato dai 2 elettroni; la distribuzione degli elettroni è simmetrica e la massima densità di carica, cioè laLa probabilità di trovare elettroni è nella zona compresa fra i due nuclei, si tratta di un legame sigma. In Cl accade la stessa cosa, si genera un orbitale molecolare definito sigma perché la probabilità di trovare gli elettroni è nella zona compresa fra i nuclei. Nella molecola di azoto N si hanno tutti e 3 gli orbitali 2p con un elettrone spaiato, si verificano quindi 3 sovrapposizioni ma solo una genera un orbitale sigma, le altre due, siccome la densità di carica è in zone distanti rispetto quella tra i nuclei.
Un legame eteropolare si verifica quando gli elettroni non sono equamente condivisi fra due atomi con una differenza di elettronegatività compresa fra 0,4 e 1,7. Gli elettroni sono più attratti dall'atomo più elettronegativo e quindi generano cariche parziali (positive sull'atomo elettropositivo e negative sull'altro). Ad esempio, HCl si ottiene per sovrapposizione fra gli orbitali 1s degli idrogeni e l'orbitale semipieno 3p del cloro; si genera un orbitale sigma.
Che ha energia più elevate rispetto quella teorica; questo accade perché si tratta di un legame covalente polare e quindi gli elettroni sono statisticamente più vicini al cloro che è più elettronegativo rispetto all'idrogeno. Nell'acqua si verificherebbe la sovrapposizione degli orbitali 1s degli idrogeni e dei 2 orbitali 2p dell'ossigeno, risulterebbero due legami sigma e si formerebbe una molecola con struttura ad angolo retto. Il problema è che questa risulterebbe instabile a causa del fatto che gli elettroni sarebbero statisticamente più vicini all'ossigeno e che gli idrogeni si respingerebbero a vicenda. Per risolvere questo problema è necessario che l'ossigeno subisca un riarrangiamento degli orbitali 2s e 2p3 per formare nuovi 4 orbitali ibridi sp, due dei quali conterranno la lone pair e altri due si legheranno a quelli dell'idrogeno (struttura tetraedrica 104,5°, anziché 109°).
Perché il doppietto solitario occupa spazio. Lo stesso accade per l'ammoniaca: la molecola sarebbe abbastanza instabile e quindi ha luogo un'ibridizzazione che dà origine ad un orbitale sp, secondo VSEPR si forma un tetraedro regolare con angolo 107,3°. L'angolo è leggermente diverso rispetto a quello che ci si aspetta, questo è coerente con la VSEPR che prende in considerazione anche gli elettroni che non prendono parte al legame (AXE). Se l'ossigeno liquido passa fra due magneti questo viene trattenuto fra i poli, se invece passa l'azoto liquido non viene trattenuto; questo dipende da proprietà paramagnetiche che portano alla perturbazione del magnete e questo avviene in presenza di cariche elettriche, nell'ossigeno (paramagnetico) ci sono cariche elettriche che generano campo magnetico, nell'azoto non ci sono cariche elettriche e quindi ha proprietà diamagnetiche. 10teoria OM → si considerano gli
e accettore). Un esempio di legame dativo è quello tra l'azoto e l'idrogeno nella molecola di ammoniaca (NH3), dove l'azoto dona un doppietto di elettroni all'idrogeno. La teoria del legame di valenza è stata sviluppata per spiegare la formazione dei legami chimici tra gli atomi. Secondo questa teoria, i legami chimici si formano quando gli atomi condividono elettroni. Gli elettroni coinvolti nella formazione dei legami sono gli elettroni di valenza, che si trovano nell'orbitale più esterno degli atomi. Gli elettroni di valenza possono essere divisi in due categorie: elettroni di valenza di legame e elettroni di valenza non di legame. Gli elettroni di valenza di legame sono quelli che partecipano alla formazione dei legami chimici, mentre gli elettroni di valenza non di legame sono quelli che non partecipano alla formazione dei legami. Le funzioni d'onda degli elettroni di valenza possono essere sommate (orbitale legante) o sottratte (antilegante) con energia maggiore del legante. Questa teoria spiega perché non esistono molecole di elio, ma si trova solo come monoatomico. Il motivo è che guadagno E1 negli orbitali di legame e poi devo consumare E2 in quelli antilegame, ma E1ibrido di risonanza, il concetto di risonanza equivale a dire che gli elettroni (sono 4) sono delocalizzati in un orbitale pigreco che unisce i 4 C. 2i carboni del benzene C H sono ibridati sp e nella molecola si presentano legami singoli 6 6e doppi fra i C, nella realtà però la molecola ha legami con lunghezza intermedia fra il singolo e il doppio.
● legame ionico→ forte differenza di elettronegatività, superiore a 1,7, l'esempio classico è il legame fra il cloro e il sodio, quando questi si uniscono il sodio perde l'elettrone e quindi assume carica positiva, il cloro lo prende e diventa negativo. Il legame ionico si prospetta con il reticolo cristallino, per romperlo è necessario fornire un'energia, detta energia reticolare che dipenderà dalle interazioni elettrostatiche che si formano fra i dua ioni; aumenta all'aumentare della carica e diminuisce all'aumentare della grandezza degli ioni.
Le forze intermolecolari
sono dovute a legami più deboli che si instaurano fra molecole.
● legame ione-dipolo: il reticolo cristallino di un solido ionico è formato da ioni, se questo viene posto in acqua avviene la solubilizzazione, le molecole dell'acqua circondano il reticolo e si dispongono attorno gli ioni e si indebolisce il reticolo causando la rottura del legame ionico.
● legame ad idrogeno: interazione elettrostatica che avviene quando H è legato a elementi molto elettronegativi (F, Z, Cl); si può instaurare in modo intermolecolare cioè fra due molecole, oppure a intramolecolare, cioè che avviene all'interno della stessa molecola.
L'acqua ha ibridazione sp3, vi è l'atomo di O dentro un tetraedro non regolare (a causa della presenza dei doppietti liberi), forma legami idrogeno fra le stesse molecole, si formano 4 legami idrogeno per ogni molecola di acqua.
È più lungo come legame rispetto al covalente.
L'acqua nel
momento in cui congela galleggia sull'acqua, in genere le altre molecole allo stato solido affonderebbero, per l'acqua non accade perché grazie ai legami ad idrogeno si formano strutture esagonali che generano un aumento del volume fra le molecole solide e avviene diminuzione di densità.- dipolo permanente-dipolo permanente: le molecole si dispongono con la parte negativa verso quella positiva della parte adiacente.
- dipolo permanente-indotto: c'è una molecola con un dipolo che si avvicina ad una polare, la presenza del dipolo genera un dipolo istantaneo nella polare (disposizione di cariche non più simmetrica), parte positiva verso quella negativa.
- dipolo istantaneo-indotto: una molecola polare nello stato fondamentale avrà cariche distribuite in modo simmetrico, gli elettroni non stanno però fermi e hanno un loro movimento, se prendessimo un istante vi è un addensamento di carica durante il moto in una zona ben definita.
Nomenclatura dei composti inorganici
Serve per dare un'indicazione nominativa ai composti che conosciamo, si basa sul numero di ossidazione e il concetto di elettronegatività.Nomenclatura ioni monoatomici
- Cationi:
- IUPAC: ione + nome del metallo + n.o.
- Esempio: Cu2+ ione rame (II), Cu+ ione rame (I)
- Tradizionale: ione + radice nome metallo + suffisso oso/ico
- Esempio: Cu2+ ione rameico, Cu+ ione rameoso
- Anioni:
- ione + nome dell'elemento + desinenza -uro
- Esempio: Br- ione bromuro, F- ione fluoruro
Nomenclatura dei composti binari
OSSIDI: così sono chiamati i composti di elementi con...L'ossigeno. Gli ossidi basici sono quelli che reagendo con l'acqua generano composti basici, per gli acidi sarà il contrario.
Primo gruppo: Litio, sodio e potassio sono ioni monovalenti e si legano in modo bivalente (almeno 2 ioni) per legare O, sono tutti composti ionici e si tratta di ossido di + nome elemento.
Secondo gruppo: Ci sono cationi bivalenti con rapporto 1:1 fra atomo e O ossido di + nome elemento, sono chiamati ossidi basici.
14-13 gruppo: Rapporto 2:3 la molecola dei triossido di alluminio, Al ha 3 elettroni esterni e per legare O c'è una traslocazione dell'elettrone e si forma ibridazione fra orbitale s e p.
14 gruppo: Rapporto 1:2 atomo legato con 2 O, CO2 si forma con ibridazione. CO la struttura del monossido di carbonio genera triplo legame fra C e O questa distribuzione di elettroni non è corretta perché s.
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