Risposte Esame Elementi di Chimica

La teoria del legame di valenza dice che alcuni atomi possono passare dallo stato fondamentale a quello di valenza prima di formare legami, "promuovendo" un elettrone da 2s a 2p.

Carbonio

1s² 2s² 2p² → 1s² 2s¹ 2p^x 2p^y 2p^z

Alcuni elementi passano allo stato di valenza al fine di poter formare più legami. Ogni volta che formano legami giungono dal momento all’abbandono.

Infatti in teoria il carbonio dovrebbe formare legami di tipo C2x (dove x è un atomo con cui elettroni compartecipanati condividono), invece, proprio grazie alla assestazione che permette allo stato di valenza, esso forma legami Cx₄.

Nel caso in cui il carbonio incontra l’idrogeno, esso passa dallo stato di valenza a quello di ibridazione (perché in forniscono appunto, orbitali ibridi).

L'ibridazione del carbonio può avvenire in 3 modi:

• a) si possono promuovere 3 orbitali, formando quattro orbitali identici 2sp disposti a 109°.
• b) si possono combinare matematicamente l'orbitale 2s e due orbitali 2p_x formando 3 orbitali 2sp² disposti a 120° fra loro.
• c) si possono combinare un orbitale 2s con uno 2p_x, formando due orbitali 2sp.

Carbonio stato fondamentale

Stato di valenza

Stato di ibridazione

Il legame σ avviene quando due atomi mettono in comune un elettrone ciascuno (di spin opposto tra loro), e si forma per la sovrapposizione degli orbitali più vicini ai nuclei e quindi di fatto sarà il legame σ è caratterizzato da simmetria cilindrica.

Il legame π invece, è un legame covalente che si forma per sovrapposizione laterale fra due orbitali py o pz; i legami π, dato che frutto di una sovrapposizione parziale, sono più deboli dei legami σ.

È bene precisare che in presenza di sovrapposizione di più legami il componente π è centrale, mentre gli altri sono tutti legami π.

Per formare un legame tra due atomi, i loro orbitali si sovrappongono parzialmente, la dimensione della zona di sovrapposizione determina tramite opportuni calcoli, la forza del legame; lo spazio comune è dato da:

S = ∫_VAB Y_AY_B dV

Il legame covalente è direzionale perché l'energia non è disposta sfericamente, perciò tra differenza a seconda della posizione.

Su un cristallo metallico dato che esso è una struttura molto compatta e in realtà non è estesa per sovrapposizione degli orbitali di valenza degli atomi, si generano insiemi praticamente infiniti di orbitali molecolari, detti orbitali di Bloch.

Prendiamo come esempio il sodio; costruiamo molecola per molecola un cristallo formato da 10²³ atomi:

1Ni E

2Ni E

3Ni E

6/10²³Ni E

Poichè la rete degli orbitali molecolari permette elettroni liberi, la banda 3_s sembrerà particolarmente la banda 3_s.

Il risultato è in cui una banda vuota sovrasta una banda piena (anche non totalmente) sono detti "conduttori".Il berillio è un conduttore infatti:

Il silicio è un semiconduttore; significa che tra la sua ultima banda piena e la successiva banda vuota vi è un gap energetico superabile tramite calore (semiconduttore) o radiazioni luminose (fotoconduttore).

Può succedere che i metalli si corrodano per via della ossidazione.

Corrosione può essere:

• chimica (causata da agenti chimici esterni)
• elettrica (dovuta a correnti vaganti che provocano reazioni elettrolitiche)
• elettrochimica (quando sono presenti contemporaneamente ossigeno e acqua)

Di norma la corrosione avviene più difficilmente quanto più è positivo il potenziale di riduzione del metallo preso in esame. Tuttavia ci sono metalli con E⁰ molto negativi come

E_(Ag+/Ag) = -1,66V

E_(Zn/Zn2+) = -0,763V

E_(Cr/Cr3+) = -0,76V

che sono molto più resistenti alla corrosione rispetto ad altri metalli (es. Fe²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, ecc.)

Un tipo di corrosione particolare è la corrosione galvanica, dovuta alla presenza contemporanea di due metalli diversi che formano una pila cortocircuitata in cui il metallo base, con E⁰ più basso, funge da anodo e perciò si ossida e corrode.

Un esempio è il ferro con impurità di rame:

E⁰_(Fe2+/Fe) = -0,44V

E⁰_(Cu2+/Cu) = 0,337V

All'anodo ha luogo l'ossidazione del ferro: Fe → Fe²⁺ + 2e^-

Gli elettroni liberati vanno al catodo (catodo dove, solo in presenza di acqua, causa la formazione di idrossidi):

O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-

questi ioni reagiscono con il ferro:

Fe²⁺ + OH^- (aq) → Fe(OH)₂ (s)

quest'ultimo in presenza di ossigeno e acqua, crea ruggine:

Fe(OH)₂ + 1/2 O₂(g) + H₂O → 2Fe(OH)₃(s)

La corrosione non termina mai perché la reazione è spostata verso i prodotti.