Materiali per l'ottica: legami chimici e ibridazione del carbonio

MATERIALI PER L'OTTICA

Docente: prof. Armida Sodo Come Raggiungermi:

• e-mail: armida.sodo@uniroma3.it
• stanza: n. 148,Dipartimento di Scienze, Via della Vasca Navale 84

LEGAMI CHIMICI

LEGAMI ATOMICI

• covalente omeopolare
• covalente polare
• dativo
• ad elettroni delocalizzati

LEGAMI ELETTROSTATICI

• ionico
• dipolare
• idrogeno

LEGAMI METALLICI

• Covalente Forti 1-5 eV
• lonico
• Van der Waals > 0.1 eV
• H idrogeno > <0.5 eV

LEGAMI METALLICI

Le proprietà dei metalli non sono altro che le manifestazioni esteriori di una struttura interna che oggi è stata chiarita con piena soddisfazione della comunità scientifica. I metalli sono elementi chimici i cui atomi si presentano con pochi elettroni sui livelli energetici più esterni; questi elementi, avendo bassa affinità elettronica e basso potenziale di ionizzazione tendono a trasformarsi in ioni positivi. Tali ioni poi si dispongono in modo ordinato all'interno di una struttura tridimensionale nella quale uno sciame di elettroni, liberi di circolare al suo interno, contribuisce a tenere insieme. Anche nei solidi metallici si possono immaginare, come nei casi analizzati in precedenza, delle coppie elettroniche di legame, solo che in questo caso, invece che essere localizzate in un punto preciso del complesso molecolare, sono delocalizzate su tutta la struttura.

LEGAMI METALLICI

Nel legame metallico gli elettroni di valenza vengono messi in compartecipazione Gli elettroni sono dispersi tra gli atomi sotto forma di nuvola elettronica a bassa densità Gli atomi dei metalli sono quindi degli ioni positivi circondati da elettroni di valenza, debolmente legati a specifici atomi (elettroni liberi) OLe proprieta di conducibilita elettrica e termica dei metalli viene attribuita alla presenza di elettroni liberi O Il legame non e direzionale (gli atomi si possono muovere uno rispetto all'altro senza richiedere la rottura del legame)

1 - - Core + + I 1 - + + + - 1 - 1 - + 1 - - 1 + + + - - - O + I + - + + + - Core -

IBRIDAZIONE CARBONIO

Il carbonio ha configurazione elettronica 1s2s22p2 > In questa configurazione, il carbonio dovrebbe avere valenza 2 > Nei legami del carbonio si verifica l'ibridizzazione ➢ Un elettrone viene promosso da 2s a 2p > La configurazione diventa con tre orbitali di tipo sp tutti e quattro equivalenti 4sp3 Stato fondamentale del carbonio 2px1 2py1 2pzº 2sp3 2s2 1s2 1s2 Pz ibridazione C Px s Py 4 sp3 5

IBRIDAZIONE CARBONIO

Ibridazione sp2 del Carbonio

_1 2px12py 2pz 1 2pz sp2 1 z 2s 1s2 1s2 Pz Sp2 z z 1 1 Px s Py 3 sp2 3 sp2 + pz la geometria dei 3 sp2 è planare trigonale. Dei quattro legami del carbonio, 3 sono ottenuti con i tre sp2, l'altro con l'orbitale pz non ibridizzato che è perpendicolare al piano degli sp2. Tipico dei C=C 8 1 1 1

IBRIDAZIONE CARBONIO

Ibridazione sp

2py1 2pz1 2px1 2py1 2pz1 1 sp 2s1 1s2 z z Pz Px 1 1 x sp s x 180° Py y y 2sp la geometria dei due sp è lineare, dei quattro legami del carbonio 2 sono ottenuti con i due sp, gli altri con gli orbitale py e pz non ibridizzati che sono perpendicolari all'asse degli sp. Tipico di C=C 9 1s2

IBRIDAZIONE CARBONIO

Cosa spiega l'ibridazione? geometria dell'intorno dell'atomo ibridato lunghezza di legame forza di legame elettronegatività sp3 tetraedrica 109,5° sp2 trigonale planare 120° sp lineare 180° - + p - + sp3 : 25% carattere s e 75% carattere p C-H 1,09 Å - + sp : 50% carattere s e 50% carattere p C-H 1,06 Å - + sp2:33,3% carattere s e 66,6% carattere p C-H 1,086 Å elettronegatività cresce nell'ordine sp > sp2 > sp3 quanto più è corto il legame tanto più esso è forte

IBRIDAZIONE CARBONIO

RICORDA

• s + p - due orbitali ibridi sp allineati lungo l'asse dell'orbitale p originario che puntano in direzioni opposte, quindi con un angolo di 180° fra loro
• s + 2 p - tre orbitali ibridi sp2 che giacciono sul piano formato dai due orbitali p di partenza e puntano ai tre vertici di un triangolo equilatero, quindi con un angolo di 120° fra loro
• s + 3 p - quattro orbitali ibridi sp3 che puntano ai quattro vertici di un tetraedro, quindi con un angolo di 109,5° fra loro sp sp2 sp3

ENERGIA

IA 0 1 2 H He IIIA IVA VA VIA VIIA - 3 4 5 6 7 8 9 10 B C N O F Ne 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 - 11 12 13 14 15 16 17 18 Na Mg Al Si P S CI Ar 0.9 1.2 IIIB IVB VB VIB VIIB IB IIB 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0 19 20 21 22 23 24 Cr 25 Mn 26 Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kı 0.8 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.8 1.8 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8 I 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te - Xe 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 2.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.5 - 55 56 57-71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Cs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg TI Pb Bi Po At Rn 0.7 0.9 1.1-1.2 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0 2.2 87 88 89-102 Fr Ra Ac-No 0.7 0.9 1.1-1.7 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 28 29 30 31 32 33 34 35 36 K Ca Sc Ti V 6d 7p 2.1 IIA Li Be VIII 27

ESERCIZI di VERIFICA APPRENDIMENTO

1. Trovare sulla tavola periodica, individuare Z e rappresentare la configurazione elettronica dei seguenti elementi: B, C, N, O, F, Ca, Si, Al, Cl, In base a quanto visualizzato, ipotizzare la valenza.
2. Ipotizzare la natura del legami dei seguenti composti: CaO SiO2 H2O LİF quale grandezza dovete considerare per rispondere a questa domanda?