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I legami chimici

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by

Licia Cataldi

on 17 October 2016

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Transcript of I legami chimici

I legami chimici
PERCHE' SI
FORMANO

IL LEGAME
IDROGENO

Ma perchè i gas nobili sono inerti ? Se andiamo a vedere la loro configurazione elettronica noteremo che tutti hanno l'ultimo livello completo, cioè formato da 8 elettroni (2 nell'He). Ciò indica che
la presenza nel livello esterno di un "
ottetto
" completo di elettroni (e ) porta ad una maggiore stabilità energetica
, e quindi gli atomi non hanno bisogno di formare legami.
Se osserviamo gli elementi dell'ultimo gruppo della tavola periodica, vediamo che essi non reagiscono con nessun altro atomo per formare molecole, ossia
NON
formano legami. Essi sono"
inerti
", cioè
non reattivi.
E' per questo motivo che vengono chiamati
gas nobili.
Gli atomi degli elementi sono in genere combinati insieme, a realizzare tutta una serie di composti chimici.
Ma cosa spinge due atomi ad unirsi tramite un legame chimico ?

atomi isolati
molecola
differenza
di energia
Il motivo quindi per cui gli atomi formano legami chimici è arrivare ad ottenere 8 elettroni nel loro livello più esterno, raggiungendo la configurazione del gas nobile che li precede o li segue nella tavola periodica.
In tal modo gli atomi raggiungeranno uno stato più stabile, energeticamente inferiore a quello di partenza.
Questa regola, enunciata dal chimico
Lewis,
viene detta "
REGOLA DELL'OTTETTO
"
Gli atomi, rispetto all'ottetto dei gas nobili, avranno nell'ultimo livello elettroni in esubero o in difetto. Vediamo qualche esempio :
elettroni esterni : 1
(in esubero)
elettroni esterni : 2
(in esubero)
elettroni esterni : 3
(in esubero)
elettroni esterni : 4
elettroni esterni : 5
(3 in difetto)
elettroni esterni : 6
(2 in difetto)
elettroni esterni : 7
in difetto
IL LEGAME
COVALENTE

IL LEGAME
IONICO

L'ELETTRONEGATIVITA'
Il chimico Lewis introdusse un metodo per rappresentare

gli "elettroni di valenza", ossia quelli che partecipano ai legami e che determinano la reattività di un elemento.
Con

la
notazione di Lewis

gli elettroni vengono rappresentati come puntini intorno al simbolo chimico.

Si parte disegnando un puntino su ogni lato, e poi si prosegue "accoppiando" i puntini. Questo si fa perchè i livelli energetici sono divisi in sottolivelli, in ognuno dei quali possono essere ospitati al massimo due e . Essi quindi vengono rappresentati sempre in coppia. Qualche esempio :
N
K
Ne
Si
Ca
Scrivi la notazione di Lewis degli elementi in blu
Ci sono due modi fondamentali tramite i quali un atomo può completare il proprio ottetto : o per
trasferimento
degli e da un atomo ad un altro, oppure per
condivisione
degli e . L'una o l'altra modalità dipende dalla differenza di
ELETTRONEGATIVITA'
tra gli elementi.
Si definisce
elettronegatività
la capacità di un atomo ad attrarre a se gli elettroni di valenza.
Tra due atomi con una
grande differenza
di elettronegatività quello più elettronegativo avrà una maggiore forza e quindi sarà in grado di "strappare" uno o più elettroni all'altro atomo. Si avrà un legame per "
trasferimento
" di e
Tra due atomi con una elettronegatività
simile o identica
, nessuno dei due avrà forza sufficiente per strappare un elettrone all'altro, ed il legame avverrà per "
condivisione
" di e.
Nella figura sottostante 2 atomi di H mettono in condivisione l'unico elettrone che posseggono, raggiungendo così il completamento del livello (2 elettroni)
Si forma un legame covalente quando la
differenza di elettronegatività
è compresa tra 0 (atomi dello stesso elemento) e 1,9 (atomi di elementi diversi).
Ciò vuol dire che nessuno dei due atomi ha sufficiente forza per strappare un elettrone all'altro. In questo caso si ha CONDIVISIONE di una o più coppie di e
Legame covalente
Puro(omopolare)
Polare eteropolare
Semplice
Multiplo
Legame covalente puro
Si forma quando la differenza di elettronegatività tra i due atomi è compresa tra 0 (due atomi dello stesso elemento) e 0,4 (atomi di elementi diversi).
2 atomi di
idrogeno
Legami covalenti semplici e multipli
Legami doppi
: l' ossigeno ha 6 e- nel livello più esterno, due accoppiati e due singoli che verranno condivisi, in modo da completare l'ottetto per entrambi.
Sono coinvolte due coppie di e- rappresentate da un doppio trattino
Legami tripli
: l'azoto ha 5 e- nel livello più esterno : due accoppiati e tre singoli che verranno condivisi, in modo da completare l'ottetto per entrambi. Sono coinvolte tre
coppie di e- rappresentate da un triplo trattino.
Legame covalente polare
Il legame covalente polare si forma tra atomi di elementi diversi la cui differenza di elettronegatività è compreso tra 0 e 1,9.
Esistono vari tipi di legame covalente :
meno elettronegativo una parziale carica positiva. Si creerà quindi, all'interno della molecola, un
polo parzialmente negativo
, indicato con -delta, ed un
polo parzialmente positivo
indicato con + delta. La molecola verrà definita come
DIPOLO.
Nel legame covalente puro
, trattandosi di due atomi dello stesso elemento, questi tratterranno gli e- di legame con la stessa forza, avendo la stessa elettronegatività.
Nel caso del legame covalente polare
invece, l'atomo con maggiore elettronegatività
tenderà ad attrarre a se gli e- di legame con
L. COVALENTE POLARE
L. COVALENTE PURO
Il legame ionico si forma tra atomi diversi la cui differenza di elettronegatività è maggiore di 1,9.
In questo caso l'atomo più elettronegativo ha sufficiente forza per strappare uno o più elettroni a quello meno elettronegativo.
Il primo atomo, acquistando un elettrone, non sarà più neutro, ma avrà una carica negativa.
Il secondo atomo, perdendo un elettrone, acquisirà invece una carica positiva. Queste particelle elettricamente cariche non le chiameremo atomi (che per definizione sono neutri), ma IONI :
CATIONE
= ione con carica positiva
ANIONE
= ione con carica negativa.
Nel l. ionico quindi si ha un
TRASFERIMENTO
di elettroni, e non una condivisione come nel l.covalente.
CONDIVISIONE
TRASFERIMENTO
Il legame ionico è la conseguenza dell' attrazione elettrostatica tra due ioni di carica opposta.
IL CLORURO DI SODIO
Si carica positivamente e nel 2° livello raggiunge l'ottetto
Si carica negativamente e nel 3° livello raggiunge l'ottetto
Il sodio, a contatto con il cloro gassoso, reagisce violentemente dando origine al clururo di sodio, il normale sale da cucina.
Il sodio perde il proprio elettrone esterno
diventando un catione (carica positiva) e raggiungendo la configurazione elettronica del gas nobile che lo precede.
Il cloro acquista un elettrone
diventano un anione (carica negativa) completando così il proprio ottetto e raggiungendo la configurazione elettronica del gas nobile che lo segue. Si forma quindi un legame ionico per attrazione elettrostatica tra gli ioni Na+ e Cl-
ATTENZIONE : ciò che si forma NON E' una molecola. Infatti l'attrazione tra cariche opposte si sviluppa in tutte le direzioni dello spazio, per cui si forma un RETICOLO CRISTALLINO, ossia una struttura solida ordinata in cui cariche di segno opposto si alternano nelle tre direzioni dello spazio.
La formula del cloruro di sodio, NaCl, non indica quindi una molecola, ma è una rappresentazione che indica la proporzione tra gli ioni. NaCl indica solo che gli ioni sono in rapporto 1:1.
Nel cloruro di calcio la formula, CaCl ,
indica che per ogni ione Ca ce ne sono due di Cl.
Gli ioni nel nostro corpo
Nel nostro corpo gli ioni svolgono ruoli fondamentali.
Ricordiamo in particolare :
Na l'eccesso provoca ipertensione;
K carenza o eccesso provocano alterazioni nel battito cardiaco
Ca la carenza crea probemi nella calcificazione delle ossa.
P indispensabile per la produzione di ATP, molecola energetica
CO2
CF4
Biossido di carbonio
Tetrafluoruro di carbonio
E' una molecola polare, con un polo parzialmente negativo intorno all'ossigeno (più elettronegativo) ed un polo parzialmente positivo intorno all'H (meno elettronegativo), come si vede dalla figura 1.
Il legame (detto anche ponte) idrogeno si forma tra l'H di una molecola, parzialmente positivo, e l'O di un'altra molecola, parzialmente negativo, come da figura 2.
1
1
L'esempio dell'acqua
2
Il legame H può instaurarsi sia tra molecole uguali che tra molecole diverse.
In figura i legami H tra molecole di acqua ( H O) e molecole di ammoniaca (NH )
2
3
Il singolo legame idrogeno è piuttosto debole e viene indicato con una linea tratteggiata. In genere, però, se ne formano un gran numero contemporaneamente, e tutti insieme hanno un’influenza determinante sulle proprietà chimiche e fisiche di composti polari come il fluoruro di idrogeno e l’acqua.
I legami H tra le molecole biologiche contribuiscono a rendere stabili le loro strutture, e sono indispensabili per lo svolgimento di numerose reazioni.

AMMONIACA
ACQUA
I LEGAMI INTER-MOLECOLARI
Covalente e ionico sono legami INTRA-MOLECOLARI,
che si formano cioè all'interno della molecola tra due o più atomi. Ci sono poi i legami INTER-MOLECOLARI, che si formano TRA le molecole.
Si distinguono le interazioni dipolo-dipolo, ossia tra molecole polari, ed interazioni tra molecole non polari.
Tra le interazioni dipolo-dipolo riveste una particolare importanza il LEGAME IDROGENO.
Questo è un legame che si forma tra due DIPOLI, ossia molecole POLARI nelle quali un atomo di H è legato covalentemente ad un atomo piccolo e molto elettronegativo con una coppia di elettroni liberi (O, N, F) .
Il legame avviene tra l'H di una molecola e l'atomo molto elettronegativo di un'altra molecola.
Forze di London
Esistono anche attrazioni tra molecole NON polari, dette appunto forze di London.
Questo legame si forma quando, per un istante, una molecola apolare diventa polare. Ciò accade a causa del moto disordinato e casuale degli elettroni, che provoca per un istante una asimmetrica distribuzione delle cariche.
La formazione di questo
dipolo temporaneo
provoca la polarizzazione temporanea di una molecola adiacente, cioè un
dipolo indotto
. Questi legami, seppur molto deboli, consentono a molti gas di liquefare a basse temperature o alte pressioni.
LEGAMI INTER-MOLECOLARI
LEGAMI INTER-MOLECOLARI
LEGAMI INTER-MOLECOLARI
La regola dell'ottetto fu enunciata nel 1916. Successivamente fu scoperto che non è una regola universalmente valida, e furono elaborate nuove teorie. La regola dell'ottetto rimane comunque valida per la maggior parte degli elementi più rappresentativi.
Gilbert Lewis
elettroni esterni : 7
( 1 in difetto)
Gli elettroni presenti nell'ultimo livello vengono chiamati
elettroni di valenza, e sono gli unici coinvolti nella formazione dei legami.
Il F nell'ultimo livello ha 7 elettroni. Vedete, con la notazione di Lewis, come esso abbia tre coppie di elettroni appaiati ed un elettrone singolo. Mettendo in condivisione i due elettroni singoli, entrambi gli atomi raggiungono l'ottetto.
2 atomi di
fluoro
2 atomi di
idrogeno
fluoro
maggior forza e per maggior tempo. Si formerà così intorno all'atomo più elettronegativo una parziale carica negativa, ed intorno a quello
Secondo te dove va a finire la differenza di energia che c'è tra gli atomi isolati e la molecola ?
Per valenza invece si intende il numero di legami che un atomo può formare allo scopo di completare l'ottetto.
Ad esempio l'ossigeno, che ha 6 e di valenza, ha valenza 2.
Trova la valenza degli altri atomi raffigurati.
*
*
*
La notazione di Lewis
La regola dell'ottetto
Quando si forma
Na e Cl raggiungono la configurazione elettronica di quali elementi ?
Z=11
*
2
Sai spiegare perchè per ogni atomo di Ca ce ne vogliono due di Cl ?
*
Gli elettroni tendono a sistemarsi alla massima distanza possibile, a causa della repulsione elettrica. Nell'acqua questo non avviene, infatti l'angolo tra i due H è di soli 104° anzichè 180.
Il motivo è da ricercare nella presenza, nell'atomo di O, di una coppietta di elettroni non condivisi, la cui forza di repulsione è maggiore rispetto agli atomi singoli.
ACQUA
LEGAME IDROGENO TRA MOLECOLE DI ACQUA
Ricordando la notazione di Lewis, sai identificare un altro atomo caratterizzato dalla presenza di un doppietto elettronico non condiviso ?
*
By Licia Cataldi
ATTENZIONE : per togliere un elettrone ad un atomo, bisogna fornirgli energia. L'energia da fornire è tanto maggiore quanto più elettroni si strappano. Infatti, dopo aver strappato un elettrone, l'atomo diventa uno ione positivo, e quindi il nucleo attirerà a se gli elettroni con maggior forza, e si dovrà fornire maggiore energia.
Quando invece un atomo acquista un elettrone completando l'ottetto, esso libererà energia
Quindi per potersi formare il legame, è necessario che la quantità di energia liberata dall'atomo che acquista gli elettroni sia maggiore dell' energia necessaria per strappare un elettrone all'altro atomo.
La premessa è che, in natura,
qualsiasi sistema tende a raggiungere la massima stabilità, che coincide con il più basso livello di energia possibile.
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LEGAMI SEMPLICI = è coinvolta una sola coppia di e-
LEGAMI DOPPI = sono coinvolte due coppie di e-
LEGAMI TRIPLI = sono coinvolte tre coppie di e-
I legami vengono rappresentati, nelle cosiddette
FORMULE DI STRUTTURA
, da trattini : uno per i legami semplici, due e tre rispettivamente per i legami doppi e tripli
La
FORMULA BRUTA
(o molecolare) indica invece
semplicemente il numero e la quantità di atomi che costituiscono la molecola.
modello elettronico
formula di struttura
formula bruta
formula bruta
formula di struttura
modello elettronico
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