Lezione 1: concetti generali

CARBONIO TETRAVALENTE

SI LEGA AD ALTRI ELEMENTI

I LEGAMI SI FORMANO PER SOVRAPPOSIZIONE DI ORBITALI

1° E 1° DELL'ELEMENTO (A) E 1° DELL'ELEMENTO (B)

• A—B
• A⇌B

2 LEGAMI

ORBITALI:

• C 1s² 2s² 2p²
• C ALLO STATO FONDAMENTALE

GUSCIO INTERNO GUSCIO ESTERNO

IMPORTANTE NEL DETERMINARE LE PROPRIETÀ PERIODICHE E LE SUE CARATTERISTICHE (DEL C COME DEGLI ALTRI EL.)

SONO ORBITALI DIREZIONALI FORMATI DA 2 LOBI DI PARI INTENSITÀ

• I nod_i (I NODI) E' IL PUNTO DOVE SI TROVA IL NUCLEO ED EQUIVALE AL PUNTO DOVE SI HA LA MINIMA POSSIBILITÀ DI TROVARE 1 e^-

SPERICI: INTUTTE LE DIREZIONI

CARBONIO TETRAVALENTE

SI LEGA AD ALTRI ELEMENTI

I LEGAMI SI FORMANO PER SOVRAPPOSIZIONE DI ORBITALI

1° A DELL’ELEMENTO

2 LEGAMI

ORBITALI:

C 1s² 2s² 2p² C ALLO STATO FONDAMENTALE

GUSCIO INTERNO

GUSCIO ESTERNO

IMPORTANTE NEL DETERMINARE LE PROPRIETÀ PERIODICHE E LE SUE CARATTERISTICHE

SONO ORBITALI DIREZIONALI FORMATI DA 2 LOBI DI PARI INTENSITÀ

SPERICI: IN TUTTE LE DIREZIONI

• Quando si mescolano orbitali _s

H è l'unico che non cambia e mescola il suo unico orbitale _s (con un altro orbitale _s)

• Se il legame si forma tra _s e _p

Il C è bivalente ma la chimica del carbonio è tetravalente

Il C assorbe energia e promuove uno degli orbitali _s agli orbitali _p creando quello che viene definito carbonio eccitato o C^*

Tutti hanno lo stesso livello energetico!

→ Metano e il C tetravalente forma 4 legami equivalenti indistinguibili

Una volta eccitato, mescola gli orbitali _s e _p con quelli e ed estrae le orbitali ibridi nuovi con caratteristiche sia di _s che di _p.

4 orbitali ibridi → sp³

Ibridazione

Ibridazione = mescolamento di e p.

NB: Tutti gli elementi utilizzano orbitali ibridi per formare legami.

Perché? Utilizzando lobo più grande, permette di sovrapporre meglio, quindi di formare un legame più forte, molecole più stabili!

Come si dispongono in modo da darsi meno fastidio possibile?

Questa situazione si verifica solo disponendoli ai vertici di un tetraedro dove il centro della figura solida, cioè il carbonio.

Carbonio tridimensionale

C Tetraedrico

109°

NB: Cuneo e tratteggio partono sempre dall'angolo ottuso.

- 2 orbitali sul piano (sulla schiera)

• - Si avvicina Cuneo
• - Si allontana Tratteggio

Il carbonio è saturo con legami singoli, non ha insaturazioni (= doppi legami).

Una seconda possibilità avviene quando l'orbitale 2s viene mescolato con 2p.

2s + 2p → 3 orbitali ibridi 2p²

NB: avanza un orbitale 2p con il suo e-

Il C si dispone tutto sul piano (unica condizione geometrica) a formare un angolo di 120°, in modo da creare il minimo disturbo.

Carbonio planare

A, B, D e C stanno sul piano

C Trigonale Planare

L'orbitale 2p che rimane si dispone in modo perpendicolare al piano formato dagli orbitali ibridi.

Quindi un lobo verso di noi ed un lobo che si allontana.

Questo è il carbonio 2p²

Orbitale 2p non ibridato con il suo e-

• Una terza possibilità è quella di mescolare 1 s .
• con 1 p dando origine a

1. Oribtali ibridi sp

• 1 O A sp
• 1 O I sp

n orb _Δ = n orb _Π

Si dispone lungo una semiretta quindi con una

geometria lineare.

B - C - Δ

• Gli altri 2 orbitali p non ibridati vengono disposti:
• 1 perpendicolare al piano
• 1 perpendicolare alla semiretta descritta dagli

orbitali sp

Angolo tra gli orbitali p non ibridati

Angolo tra gli orbitali ibridi sp

Legami

1. 1^o tipo → Legame sigma σ

   Sigla σ

   Il legame σ si verifica quando la densità elettronica associata a quel legame si sviluppa lungo il debole linea congiungente 2 nuclei, cioè la linea immaginaria che collega 2 nuclei.

2. 2^o tipo → Legame π

   Il legame π si verifica quando, nel caso dell'ibridazione sp2, i lobi A, D, sopra e B, C, D sotto interagiscono questi, si avvicinano per sovrapporsi.

   La sovrapposizione è laterale.

   Si tratta di una sovrapposizione parziale non molto intensa, che interessa solo orbitali p, che siano tra loro paralleli (condizione necessaria), sopra e sotto la linea congiungente.

   Questo legame è più debole perché si sviluppa più ai fianchi.

Legame π =

E' una zona instabile della molecola:

• Quei 2 orbitali p danno origine a 2 nodi
• Insinùde due fianchi legame π

NG:

Tutto quanto sta sullo stesso piano. La zona di doppio legame è una zona planare.

1. Con 2 C sp² che si avvicinano.

Intorno al legame σ c'è max libertà di movimento infatti se il p_z di loro (p_z si elettroni paralleli formando un legame debole π).

Nasce una molecola instabile! Se i p_z non sono paralleli anche gli altri lo saranno perché sono tra loro perpendicolari, e formano anche loro un legame π (debole).

• Stretta correlazione tra ibridazione ed angoli.

H₂O (_α)

1. H₂O è una molecola angolare

L'O è ibridato sp³ quindi deve fare 4 orbitali ibridi sp³ con due legà H, con gli altri 2 ci mette i lone pair.

Gli orbitali con i doppietti sono più grandi e ingombranti, quindi spingono gli altri più all'esterno. Questo spiega l'angolo di 104°.

Se l'H₂O fosse una molecola lineare metterebbe i 2 orbitali liberi con H e i doppietti nei p (?),

perché l'H₂O non è una molecola lineare?

LEGAMI

I legami possono essere di due tipi:

σ - Si forma fra 2 orbitali che si portano la massima densità elettronica si ha lungo la congiungente.

C’è libera rotazione attorno al legame.

π - L’impaccato è parallela fra 2 orbitali p. È un legame più debole una consueta efficacia.

Non si ha libertà di rotazione perché romperei il parallelismo.

La zona di doppio legame è una zona rigida della molecola.

proprietà dei legami

LUNGHEZZA: È la distanza che c’è fra i 2 nuclei.

I legami sono più corti nella parte etc della Tavola Periodica e più lunghi in basso ~ perché scendendo ho atomi sempre più grandi.

ENERGIA del LEGAME: è l’energia che devo spendere x rompere quel legame.

Qui Legame è formato sempre da 2e^-. Posso avere due tipi di rottura:

ROTTURA OMOLITICA

A / A

A^• + A^•

Si formano atomi che hanno 1e^- spaiato = RADICALI

(costa 90 kcal/mol)

ROTTURA ETEROLITICA

A / B

(A⁻) + (B⁺)

Si formano ioni uno positivo e l'altro negativo

(costa molto)

Una molecola con legami più forti ha maggiore stabilità

Il carattere Periodico della tavola è fondamentale | C | | Si |

Se Silicio si trova esattamente sotto al C nella Tav. Periodica, ma "l'impalcatura" del mondo è costituita da Carbonio. Perché? Perché il Silicio essendo sotto, ha maggiore distanza fra i 2 nucleie si presenta legami più deboli.

Sistema meno stabile.