Chimica organica lezione 1 - Struttura degli atomi e orbitali molecolari

Chimica organica: lezione 1

Struttura degli atomi

Un atomo contiene un piccolo denso nucleo formato da neutroni e protoni carichi positivamente. La maggior parte della massa di un atomo è contenuta nel nucleo che è circondato da uno spazio extranucleare molto più ampio, contenente elettroni carichi negativamente. Gli elettroni però non si muovono liberamente nello spazio, ma sono confinati in regioni dello spazio denominate livelli principali di energia o gusci.

I gusci elettronici sono identificati dai numeri 1, 2, 3, ecc. Ciascun guscio può contenere fino a 2n² elettroni, dove n è il numero del guscio. Quindi il primo guscio può contenere 2 elettroni, il secondo 8, il terzo 18 ecc. Gli elettroni nel primo guscio sono i più vicini al nucleo carico positivamente e sono legati più fortemente ad esso; tali elettroni sono detti essere quelli a più bassa energia. Gli elettroni nei gusci con numero più alto sono lontani dal nucleo carico positivamente e sono trattenuti meno fortemente da quest’ultimo: tali elettroni sono detti essere a più alta energia.

I gusci sono suddivisi in sottogusci designati dalle lettere s, p, d ed f e nell’ambito di questi sottogusci gli elettroni sono raggruppati in orbitali. L’orbitale rappresenta una regione dello spazio che può contenere due elettroni. Il primo guscio contiene un solo orbitale 1s. Il secondo orbitale 2s e tre orbitali 2p. Tutti gli orbitali di tipo p esistono in insieme di tre e possono ospitare fino a 6 elettroni. Il terzo guscio contiene un orbitale 3s, tre orbitali 3p e cinque orbitali 3d. Tutti gli orbitali di tipo d esistono in insiemi di cinque e possono ospitare fino a 10 elettroni. Tutti gli orbitali di tipo f esistono in insiemi di sette e possono ospitare fino a 14 elettroni.

Configurazione elettronica

Per configurazione elettronica si intende la descrizione degli orbitali che ogni elettrone occupa all’interno di un atomo. Ogni atomo ha un'infinità di possibilità di configurazioni elettroniche. Quella a bassa energia, è la configurazione elettronica fondamentale. Possiamo determinare la configurazione elettronica fondamentale di un atomo seguendo 3 regole:

• Gli orbitali si riempiono in ordine di energia crescente: da quello ad energia più bassa a quello ad energia più alta.
• Ciascun orbitale contiene fino a 2 elettroni con i loro spin appaiati.
• Quando sono disponibili orbitali di uguale energia ma non ci sono elettroni sufficienti a riempirli completamente, allora un solo elettrone viene aggiunto a ciascuno degli orbitali equivalenti prima di aggiungere un secondo elettrone a uno qualsiasi di essi.

Strutture di Lewis

Gli elettroni presenti nel guscio più esterno degli atomi sono detti elettroni di valenza, e sono responsabili della formazione dei legami chimici. Il carbonio, per esempio, ha la configurazione elettronica fondamentale 1s² 2s² 2p².