I legami chimici: stabilità atomica ed elettroni di valenza

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO

Corso di Chimica

Prof. Federico Barrino

I LEGAMI

Un atomo ha maggiore stabilità quando tutti i suoi elettroni si trovano nei livelli energetici più bassi. Lungo ogni gruppo della tavola periodica è possibile ritrovare lo stesso numero di elettroni esterni, detti anche elettroni di valenza. Il livello nel quale si trovano questi elettroni è chiamato strato di valenza.

I LEGAMI: Elettroni di Valenza

H He B CN O F Ne Igruppo Na Mg AL Si P S Cl Ar H He 1 Il gruppo IH gruppo IV gruppo V gruppo VI gruppo VII gruppo 2 Li Be B C N O F Ne periodo 2 2º strato O 3 4 5 6 7 8 9 10 Na Mg AL Si P S Cl Ar O periodo 3 3º strato O 11 12 13 14 15 16 17 18 1 elettrone esterno 2 elettroni esterni 3 elettroni esterni 4 elettroni esterni 5 elettroni esterni 6 elettroni esterni 7 elettroni esterni 8 elettroni esterni (escluso He) elettroni di valenza Li Be VIII gruppo periodo 1 1º strato

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I LEGAMI: Stabilità Atomica e Forze

Un atomo è particolarmente stabile quando ha otto elettroni nello strato di valenza. Il legame chimico permette agli atomi di unirsi per formare molecole, o agli ioni di segno opposto di esercitare un'attrazione reciproca tra loro.

• forze interatomiche 400 KJ mol-1
• forze intermolecolari da 40 a 0,1 KJ mol-1

legami a idrogeno 8 8- 8+ δ- 8+ 8+ 8+ 8- 8+ 8+ + + + + + 8+ 8- 8+ 8+ moderatamente deboli deboli forze di London . - 8+ 8+ 8 8+ 8 legami forti (solidi ionici, solidi covalenti reticolari, solidi metallici) + + + - +

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I LEGAMI: Energia di Legame

A. La formazione di un legame chimico libera una quantità di energia, detta energia di legame. B. La rottura dello stesso legame necessita di una quantità di energia uguale a quella che si era liberata in seguito alla sua formazione.

Coordinata di Reazione

A Energia atomi A + B energia di legame molecola A-B Coordinata di reazione B Energia atomi A+ B energia di legame molecola A-B Coordinata di reazione

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I LEGAMI: Quantità di Energia

L'energia di legame (KJ/mol) è la quantità di energia che è necessario fornire a una mole di sostanza per rompere il legame fra i suoi atomi. Tanto maggiore è l'energia di legame, tanto più stabile è il composto, tanto più è forte il legame che si è instaurato tra gli atomi. energia 436 KJ/mol

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I LEGAMI: Notazione di Lewis

Per rappresentare la configurazione elettronica esterna si ricorre alla notazione di Lewis, che permette di dedurre numero e tipo di legami che l'atomo può formare. Si rappresenta il simbolo dell'elemento circondato dagli elettroni del livello esterno: un puntino per elettrone singolo, due puntini o trattino per le coppie di elettroni (doppietti).

Gruppi A (blocco s, p)

I = IV V VI VII VIII Li · · Be· ம். ·C· ·N. :Ne: Viene utilizzata solo per gli atomi con elettroni esterni negli orbitali s e p (elementi principali).

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I LEGAMI: Gas Nobili

Gli elementi del gruppo 18 (VIII) sono stati denominati gas nobili o gas inerti. La loro bassa reattività, e di conseguenza grande stabilità, è dovuta alla loro configurazione esterna ns2 np6 (ottetto). Ogni atomo tende a raggiungere la configurazione elettronica esterna dell'ottetto mediante la formazione di legami chimici.

He 2 Ne 10 Ar 18 8 elettroni esterni (escluso He)

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I LEGAMI: Stabilità dei Gas Nobili

Il motivo della stabilità dei gas nobili risiede nel fatto che la loro configurazione elettronica presenta otto elettroni nello strato di valenza, che quindi è completo.

Struttura di Lewis e Configurazione Elettronica

Struttura di Lewis Configurazione elettronica Numero di elettroni di valenza He: 1s2 2 :Ne: 1s22s22p6 8 : Ar: 1s22s22p63s23p6 8 : Kr: [Ar]4s23d104p6 8 :Xe: [Kr]5s24d105p6 8 :Rn: [Xe]6s24f145d106p6 8

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I LEGAMI: Regola dell'Ottetto

Regola dell'ottetto: un atomo raggiunge il massimo della stabilità acquistando, cedendo o condividendo elettroni con un altro atomo in modo da raggiungere l'ottetto nella sua configurazione elettronica esterna, simile a quella del gas nobile nella posizione più vicina nella tavola periodica.

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I LEGAMI: Legame Ionico

Il legame ionico si realizza per il trasferimento di elettroni tra atomi con un'elevata differenza di elettronegatività (AEn). Il legame ionico si forma quindi tra atomi di metalli e non metalli. La differenza di elettronegatività tra atomi di un metallo e di un non metallo deve essere maggiore di 1,9.

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I LEGAMI: Ioni Positivi e Negativi

Dalla posizione sulla tavola periodica si può dedurre che: · gli elementi metallici tendono a cedere elettroni diventando ioni positivi; · i non metalli tendono ad acquistare elettroni trasformandosi in ioni negativi.

+ Na + C1 Na C1

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I LEGAMI: Formazione del Cloruro di Sodio

Il sodio è un metallo che tende a perdere un elettrone trasformandosi nello ione Na+ Il cloro è un non metallo che tende ad acquistare un elettrone trasformandosi in CI-

Na· Na+ +e- La forza di attrazione elettrostatica che si stabilisce tra i due ioni di carica opposta è il legame ionico. Si forma un composto ionico, il cloruro di sodio: Na++Cl- - > Na+CI-

Na CI Na+ CI-

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I LEGAMI: Unità Formula

Il legame ionico porta alla formazione di una unità formula, che indica il rapporto quantitativo che esiste tra gli ioni di un composto ionico allo stato liquido o solido. Nel cloruro di sodio, per ogni ione Na+ si ha uno ione CI-, quindi l'unità formula è Na+CI. Si esprime con la formula chimica NaCI, in cui si omettono le cariche.

Esempi di Unità Formula

Nome composto	Unità formula	Formula chimica
cloruro di sodio	Na+ CIT	NaCl
fluoruro di calcio	Ca2+ 2 F-	CaF2
ossido di alluminio	2 Al3+ 3 02-	Al2O3

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I LEGAMI: Reticolo Cristallino

Gli ioni in un composto ionico sono disposti secondo uno schema ben preciso e possono dar luogo a un reticolo cristallino.

Na+ CI- Lo ione Na+ è al centro del cubo. Gli ioni CI- sono al centro di ciascuna faccia del cubo.

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I LEGAMI: Proprietà dei Composti Ionici

I composti ionici - hanno alti punti di fusione - sono solidi a temperatura ambiente - sono buoni conduttori di elettricità sia allo stato fuso che in soluzione.

+ - +0 + + + + + +

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I LEGAMI: Legame Covalente

Il legame covalente si stabilisce tra atomi uguali o diversi di non metalli, con stessa elettronegatività o con una piccola differenza. Si realizza mediante la condivisione di una o più coppie di elettroni (doppietti), in modo che i due atomi possano raggiungere la configurazione elettronica esterna stabile. Se i due atomi sono identici il legame è covalente puro o omopolare.

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I LEGAMI: Legame Semplice

Due atomi di idrogeno hanno configurazione esterna ns1; per raggiungere la stabilità ogni atomo tende ad avere due elettroni, mettendo il proprio a disposizione dell'altro.

H H 1 + + S S I due atomi di H hanno stessa elettronegatività (AE) = 0): il legame è omopolare. I due atomi condividono una sola coppia elettronica e il legame è un legame semplice.

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I LEGAMI: Legame Doppio e Triplo

Due atomi di ossigeno hanno 6 elettroni esterni e, per raggiungere l'ottetto, ciascuno mette in comune 2 elettroni. I due atomi condividono due coppie elettroniche e il legame è un legame doppio. Due atomi di azoto hanno 5 elettroni esterni e, per raggiungere l'ottetto, ciascuno mette in comune 3 elettroni. I due atomi condividono tre coppie elettroniche e il legame è un legame triplo.

IN. + . NI - IN=NIL

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I LEGAMI: Legame Covalente Polare

Il legame covalente polare o eteropolare si stabilisce tra due atomi diversi di elementi non metallici, quindi con piccola differenza di elettronegatività (0,4 < AEn < 1,7). Gli atomi, avendo diversa elettronegatività, esercitano una forza diversa di attrazione sugli elettroni di legame, che sono attratti con maggiore forza dal nucleo dell'atomo più elettronegativo. Sull'atomo meno elettronegativo si stabilisce una parziale carica positiva, su quello più elettronegativo una parziale carica negativa.

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I LEGAMI: Polarità in Molecole Biatomiche

La polarità in una molecola biatomica dipende da una differenza di elettronegatività diversa da zero che determina un legame covalente polare. Se la molecola è formata da: · due atomi uguali, quindi AE = 0, la disposizione degli elettroni di legame è simmetrica: la molecola è apolare (A). · due atomi diversi, quindi AE, # 0, la disposizione degli elettroni di legame è asimmetrica: la molecola è polare (B).

8+ A H -H B H - CIL

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I LEGAMI: Cloruro di Idrogeno

L'atomo di idrogeno e l'atomo di cloro devono condividere un elettrone per raggiungere la configurazione stabile. L'atomo di idrogeno condivide l'elettrone nell'orbitale s e l'atomo di cloro l'elettrone nell'orbitale incompleto p.

atomo di idrogeno (H) atomo di cloro (CI) molecola di cloruro di idrogeno (HCI) 1 + ô+ ô- S P H. + . CII H-CIIL

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I LEGAMI: Dipolo Elettrico

La molecola di cloruro di idrogeno (HCl) è costituita da due atomi con diversa elettronegatività. L'atomo di cloro assume una parziale carica negativa (-), l'atomo di idrogeno una parziale carica positiva (5+).

parziale carica positiva parziale carica negativa 8+ 8- H-CI 8+ 00 ( i due elettroni di legame sono attratti dall'atomo di cloro Si forma un dipolo elettrico. Il legame è eteropolare.

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I LEGAMI: Legame Covalente Dativo

Il legame covalente dativo è un legame covalente eteropolare in cui un solo atomo fornisce i due elettroni condivisi nella formazione del legame. L'atomo che fornisce entrambi gli elettroni (donatore) ha già raggiunto l'ottetto e deve avere un doppietto elettronico non impegnato in legami. L'atomo o lo ione positivo che usufruisce dei due elettroni (accettore) deve avere un orbitale vuoto.

O .. 0+CI-OH HCIO2 acido cloroso O+CI-OH .. 1 O HCIO3 acido clorico Î 0+CI-OH - O HCIO4 acido perclorico