Domanda. Perché il legame chimico?

1. Domanda. Perché il legame chimico?

2. i primi modelli scientifici Tentano di dare risposte a domande complesse Un modello scientifico come una teoria si propone di spiegare i fenomeni osservati e fare predizioni. Ma…………..Mentre però una teoria è dichiarata “infondata” anche per un solo caso contraddittorio, ▼ un modello conserva una sua validità anche se fallisce in qualche caso particolare nell’ambito che lo riguarda ad un modello non chiediamo nemmeno di essere una rappresentazione credibile della realtà, ma di spiegare il comportamentodella realtà fisica in quei casi nei quali risulta applicabile

3. Che cosa hanno di diverso He, Ne, Ar…… dagli altri elementi delle tavola periodica?

4. LEGAME CHIMICO Solo raramente si trovano in natura sostanze costituite da atomi isolati. In genere gli atomi si trovano combinati fra loro in composti molecolari, ionici o metallici. Fra le poche eccezioni notiamo i gas nobili che sono particolarmente stabili e non reattivi. Con il termine legame chimico si intende ciò che tiene uniti due o più atomi o ioni in una molecola o un solido cristallino.

5. Si possono distinguere tre tipi di legame con caratteristiche notevolmente diverse: • legame covalente:è basato sulla condivisione degli elettroni di valenza da parte di due atomi. La forza di attrazione fra i due atomi deriva dall’attrazione di entrambi i nuclei degli elettroni condivisi. • legame ionico:nasce dalle forze elettrostatiche attrattive che si esercitano fra ioni di carica opposta in un solido ionico • legame metallico:è basato sulla forza di coesione esercitata dagli elettroni di valenza liberi di muoversi attraverso un reticolo di cationi.

6. Condivisione di elettroni Legame covalente Legame ionico

7. variazione dell'energia potenziale in funzione della distanza fra gli atomi. L’energia potenziale aumenta se gli atomi continuano ad avvicinarsi. Formazione del legame covalente fra due atomi di H L'energia potenziale è nulla quando gli atomi sono ben separati L’energia potenziale si abbassa progressivamente quando gli atomi si avvicinano. Questo abbassamento corrisponde alla formazione del legame

8. Quando dua atomi di H si avvicinano, prima prevalgono le forze di attrazione tra il nucleo di un atomo e gli elettroni dell’altro, poi inizia a farsi sentire la repulsione elettrostatica fra i due nuclei positivi La distanza di legame è la distanza fra gli atomi nel minimo di Epot L'energia di legame è l’energia liberata nella formazione del legame ovvero è la differenza di energia potenziale fra il minimo Epot e distanza  In pratica è l'energia che deve essere fornita per separare completamente gli atomi.

9. Curve di energia potenziale in funzione della distanza interatomica Energia repulsiva del legame Energia di dissociazione del legame Buca di potenziale Distanza media di legame

10. Gli elettroni hanno il massimo di probabilità di trovarsi tra i due nuclei: le forze attrattive sono più forti di quelle repulsive Le forze repulsive hanno il sopravvento su quelle attrattive: destabilizzazione del legame

11. Gli elettroni hanno il massimo di probabilità di trovarsi tra i due nuclei: le forze attrattive sono più forti di quelle repulsive Le forze repulsive hanno il sopravvento su quelle attrattive: destabilizzazione del legame

12. Simulazione della deformazione delle nubi elettroniche di due atomi di Idrogeno in avvicinamento

13. La distanza tra gli atomi alla quale il sistema assume la minima energia si chiama distanza o lunghezza di legame (es. per H2 è 0,74 A°)

14. Gli atomi tendono a legarsi spontaneamente fra loro per formare delle molecole. Ogni qual volta questo processo permette di raggiungere una condizione di maggiore stabilità energetica si forma un legame chimico

15. La teoria di Lewis G.Lewis nel 1916 identificò negli elettroni dl livelloesterno - livello di valenza- i responsabili dell’unione tra gli atomi. • Ogni atomo, in base agli elettroni di valenza, • tende a cedere, • acquistare • o mettere in comune • gli elettroni per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile A parte l'idrogeno, che ne ha due, tutti gli altri atomi possono contenere otto elettroni nel loro livello di valenza. La tendenza di un atomo in una molecola ad avere otto elettroni nel proprio livello di valenza è detta regola dell'ottetto. Questa regola è seguita dalla maggior parte delle molecole ma non da tutte.

16. Gilbert N. Lewis Configurazioni elettroniche e simboli di Lewis

17. Formalismo simbolico di Lewis • -rappresentazione degli elettroni di valenza • permette di seguire gli elettroni di valenza durante la formazione di un legame • consiste nel simbolo chimico dell’elemento più un puntino per ogni elettrone di valenza • Es.: Zolfo • Configurazione elettronica [Ne]3s23p4, quindi ci sono 6 elettroni di valenza. • Il suo simbolo secondo Lewis è: N.B. I puntini (rappresentanti gli elettroni) sono disposti ai quattro lati del simbolo atomico.  Ciascun lato rappresenta un orbitale quindi può contenere sino a due elettroni .  per i gruppi A, il numero degli elettroni di valenza corrisponde al gruppo di appartenenza nella tavola periodica degli elementi

18. : H:Cl: : coppie solitarie coppia di legame Una formula che fa uso di punti o linee per rappresentare gli elettroni di valenza è chiamataformula di Lewis. Una coppia di elettroni in questo tipo di formule è detta: coppia di legame se la coppia di elettroni è condivisa tra due atomi, coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi.

19.  Ci dice quanti sono gli elettroni nel livello di valenza  quanti legami un atomo tende a formare  quante sono le coppie di legame e quante sono le coppie solitarie Ma non da nessuna informazione sulla geometria molecolare!

20. H H : : C::C : H H : - - H H C=C - - H H Legami multipli nel legame singolouna sola coppia di elettroniè condivisa fra i due atomi. due atomi possono condivideredue o tre coppie di elettroni: in questi casi si parla dilegame doppio o di legame triplorispettivamente. Esempi: etilene oppure Il legame multiplo è più corto del legame singolo Esempi: acetilene H-CC-H H:C:::C:H oppure

21. Doppi legami Triplo legame

24. Linus Pauling. Teoria del legame di valenza Velence Bond VB Anni ‘30 Modello quanto meccanico del legame chimico Con entra in scena lo spin • Il tipo e il numero di legami che gli atomi sono in grado di stabilire si spiegano tenendo presente che gli orbitali semioccupati dei loro livelli di valenza si sovrappongono

25. Teoria del legame di valenza o Valence Bond (VB) due atomi si legano ogni qualvolta possono mettere in comune 2 elettroni. Requisiti da soddisfare: ·Ognuno dei due atomi che si legano deve contribuire alla formazione del legame con un suo orbitale atomico. ·       La differenza di elettronegatività dei 2 atomi non deve essere maggiore di 2 (altrimenti il legame assume il 100% di carattere ionico). ·       Gli atomi devono congiungersi lungo una direzione che permette la massima sovrapposizione degli orbitali.

26. Teoria del legame di valenza o Valence Bond (VB) Conlusioni: - Possono essere usati solo gli orbitali di valenza di ciascun atomo. - Un atomo forma tanti legami covalenti quanti sono i suoi elettroni spaiati (in modo da raggiungere nel livello più esterno la configurazione elettronica dei gas nobili). La configurazione elettronica esterna dei gas nobili è con 2 elettroni per l’He, con 8 elettroni per tutti gli altri

27. sovrapposizione degli orbitali.

30. Sovrapposizione laterale legami π Sovrapposizione frontale legame σ

32. Come si legano tra loro cl e Be? Il Be ha due elettroni nell’ultimo livello energetico, il Cl ne ha 7 Δ elettronegatività è =1,5

35. Se la differenza di elettronegatività fra i due atomi è = 0, si formanolegami covalenti puri: gli elettroni hanno la stessa probabilità di trovarsi su ciascuno dei due atomi.

36. + - Legame covalente polare Quando si legano covalentemente due atomi diversi, come in HCl, gli elettroni di legame hanno maggiore probabilità di trovarsi in prossimità dell’atomo più elettronegativoil legame è covalente polare. Ad esempio nell’HCl gli elettroni sono maggiormente distribuiti attorno al Cl che acquista una parziale carica negativa (δ-) H-Cl

37. Elettronegatività: tendenza di un atomo ad attrarre verso di sé gli elettroni di legame

38. + - - : Na+ :Cl: : : : : :Cl:Cl: H:Cl: : : : Il legame covalente polare può essere visto come una situazione intermedia fra legame covalente non polare, come in Cl2, e legame ionico come in NaCl Legame covalente puro Legame covalente polare Legame ionico

40. L'elettronegativitàè una misura (teorica e convenzionale) della tendenza di un atomo in una molecola ad attrarre su di sé gli elettroni condivisi di un legame covalente. Sono proposte diverse scale quantitative di elettronegatività. Nella scala di Mulliken l'elettronegatività  di un atomo è espressa come: In questa scala un atomo è tanto più elettronegativo ( maggiore) quanto: • maggiore è l'energia di ionizzazione (cioè tanto più difficilmente tende a perdere i suoi elettroni) - più grande e negativa è l'affinità elettronica (tanto più facilmente tende a acquistare elettroni)

41. Elementi alla sinistra della tavola periodica (metalli) che hanno bassa E.I. e bassa A.E. sono poco elettronegativi. Al contrario elementi alla destra nella tavola periodica (non metalli) che hanno elevate E.I. ed A.E. grandi e negative sono molto elettronegativi.

42. Fino a poco tempo fa si usava un'altra scala, quella di Pauling che è qualitativamente simile a quella di Mulliken. In tale scala l'elemento più elettronegativo è il fluoro. In generale l'elettronegatività aumenta da sinistra a destra lungo un periodo e diminuisce scendendo lungo un gruppo.

43. La differenza di elettronegatività fra due atomi legati dà una stima della polarità del legame. Se la differenza di elettronegatività è grande il legame è ionico altrimenti è covalente polare. H-H =0,0covalente non polare H-Cl 0,0<< 1,7covalente polare Na+ Cl- 1,7< ionico >2,0100%ionico La carica negativa sarà spostata verso l’atomo più elettronegativo

44. Una molecola diatomica con legame covalente polare è caratterizzata da un momento dipolare non nullo. Ricordiamo che un dipolo elettrico è costituito da due cariche elettriche -q e +q poste a distanza d. Per una tale disposizione di cariche il momento dipolare è definto come un vettore M diretto dalla carica positiva alla negativa e con modulo M=q·d d - + -q +q d + - H-Cl M=q·d Molecole dotate di momento dipolare sono dette polari. Una molecola quale H-Cl è polare ed ha momento dipolare: M=·d

45. L'unità di misura del momento dipolare è il Debye (D) che è di tipo c.g.s. Nel sistema SI 1 D=3,34 x 10-30 C·m Un sistema costituito da due cariche +e e -e ad 1 Å ha M:

46. “nube” elettronica con carica negativa intorno al nucleo nucleo con carica positiva centrale

47. Le cariche negative degli elettroni si trovano a contatto Se non avviene niente tra gli elettroni, i due atomi si respingono e non si ha nessun legame. Oppure, si possono verificare due casi limite:

48. I due atomi hanno elettronegatività paragonabile: se si verificano le condizioni adatte, gli elettroni possano localizzarsi in mezzo ai due atomi

49. I due atomi hanno elettronegatività paragonabile: se si verificano le condizioni adatte, gli elettroni possano localizzarsi in mezzo ai due atomi LEGAME COVALENTE

50. I due atomi hanno elettronegatività diversa, ma non troppo: