ConcettiLegame covalente
Polarità di legame
VSEPR
Formule di struttura
Legame ionico
Legame di coordinazione
Legame metallico
Legame a idrogeno
Tipi di legame e ordine di legame
Energia di legame
Energia necessaria per rompere il legame
Poiché una molecola STABILE ha energia negativa rispetto allo zero dato da A e B isolati, la energia di legame è sempre positiva
AB (g) A(g) + B(g)
Legame covalente polare vs. legame ionico
La polarità del legame aumenta all’aumentare della differenza di elettronegatività
Quando la differenza diventa molto grande (ca 2) la coppia elettronica di legame si considera completamente localizzata sull’atomo a maggiore elettronegatività
Il legame diventa un legame ionico
Il legame ionico
E pot= kc (QAQB/r)
Il legame ionico
E pot= kc (QAQB/r)
INTERAZIONE COULOMBIANANON DIREZIONALE!!
Il legame ionico
E pot= kc (QAQB/r)
NON CI SONO ELETTRONI IMPLICATI NEL LEGAME
Reticolo cristallino
NaCl (s) Na+(g) + Cl-(g)
Un sistema di Na ioni positivi e di Na ioni negativi organizzato in un reticolo cristallino è piu’ stabile rispetto a Na coppie isolate di ioni
Energia di dissociazione ed energia reticolare
NaCl (s) Na+(g) + Cl-(g)
Eexp=768 kJ
E pot= kcNa M (QAQB/r)
Ecalc=867 kJ
M= costante di Madelung
kc= 1/40 costante dielettrica vuoto
NaCl (s) Na+(g) + Cl-(g)
Eattr=-kc 6e2/r
E pot= kcNa M (QAQB/r)M= costante di Madelung
Erep=+kc 12e2/ (2)1/2 r
Eattr=-kc 8e2/ (3)1/2 r………………………
Costante di Madelung
Eattr=-kc NAe2/r (6 -12 /(2)1/2 +8/ (3)1/2 -6/2…)
Costante di Madelung
NaCl 1,7475CsCl 1,7627ZnS 1,6413CaF2 5,0388
Considerazioni energetiche CaO
Ca+ + O- vs Ca2+ + O2-
Eion= +447 kJ/mol
Epot = -1010 kJ/mol
Eret = -563 kJ/mol
Eion= +2470 kJ/mol
Epot = -4040 kJ/mol
Eret = -1570 kJ/mol
NaO ??
Il legame ionico
Il legame ionico è la risultante delle interazioni elettrostatiche fra gli ioni estese
a tutto il cristallo
Il legame ionico
In questa figura i “legami” NON esistono. Sono riportati solo per apprezzare i numeri di coordinazione di Li+ O2-, ma NON SONO
Coppie di Lewis
NOTA BENE!!
Geometria di coordinazione
Coordinazione è un termine improprio
Figura 5.4
I reticoli Cristallini
Figura 8.19
cubico Cubicocorpo centrato
Cubicofacce centrate
I reticoli Cristalli
ni
Alcuni esempi
CdCl2
Li2O
blenda wurzite
Alcuni esempi
Cubico a facce centrate Tetragonale a facce centrate
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Tipi di legame e ordine di legame
I composti di coordinazione
• Si è definito composto di coordinazione un composto in cui l'atomo centrale forma un numero di legami maggiore del suo numero di ossidazione quando esso sia maggiore o uguale a 0.
Composto di coordinazione
• Il metallo mette a disposizione orbitali vuoti
• Il legante mette a disposizione una coppia elettronica e un orbitale
• Sono legami molto polari, e la polarizzazione è diretta verso l’atomo che mette in compartecipazione la coppia elettronica= atomo donatore
Esempi di leganti
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Tipi di legame e ordine di legame
Metalli e non metalli•Si definiscono metalli quegli elementi che hanno un numero di elettroni esterni inferiori ed in qualche caso uguale,a quello degli orbitali esterni s e p, e che hanno una energia di ionizzazione relativamente bassa.
•Il passaggio dai metalli ai non metalli avviene con gradualita' lungo ciascun gruppo e periodo e quindi non e' possibile stabilire una distinzione netta fra essi. Tuttavia i metalli hanno delle proprieta' comuni anche se possedute in grado diverso. Quelle principali sono: conducibilita' termica ed elettrica, strutture cristalline compatte, malleabilita' e duttilita'. I metalli hanno energia di ionizzazione relativamente bassa.
Un metallo non puo’ utilizzare legami a coppia di elettroni
•Si definiscono metalli quegli elementi che hanno un numero di elettroni esterni inferiori ed in qualche caso uguale,a quello degli orbitali esterni s e p, e che hanno una energia di ionizzazione relativamente bassa.
Es: Na conf elettr [Ne]3s1
Raffigurazione schematica del legame Raffigurazione schematica del legame nei metalli: nei metalli: reticolo di cationi immersi in un
“mare” di elettroni mobili
++ ++ ++ ++ ++ ++ ++++ ++ ++ ++ ++ ++ ++
++ ++ ++ ++ ++ ++ ++++ ++ ++ ++ ++ ++ ++
Elettroni mobili
I legami sono delocalizzati nell’intero cristallo e gli elettroni di valenza non sono legati ad un particolare atomo ma possono muoversi liberamente da un atomo all’altro
Legame metallico. Modello a BandeLegame metallico. Modello a Bande
Modello a Bande. Elementi del 14° Modello a Bande. Elementi del 14° GruppoGruppo
Modello a Bande. Elementi del 14° Modello a Bande. Elementi del 14° GruppoGruppo
I SemiconduttoriI Semiconduttori
I legami che abbiamo visto
Legame covalente omopolare
Legame covalente polare
Legame ionico
Legame di coordinazione
Legame metallico
Legame a idrogeno
Il legame a idrogeno rientra tra le interazioni intermolecolari e sarà discusso nel capitolo successivo
NON VUOL DIRE CHE ABBIA NON VUOL DIRE CHE ABBIA MINORE IMPORTANZA!!!MINORE IMPORTANZA!!!
Le forze intermolecolari
Interazioni di Van der WaalsInterazioni deboli Forze di London
Legame a idrogeno
Dipolo elettrico
=Qd
=0
>0
> > 0
Dipolo elettrico
=Qd
Ogni volta che ho un legame covalente tra
due atomi con elettronegatività
diversa, Ottengo un dipolo
elettrico. Si tratta di un dipolo
permanente
Dipolo istantaneo
Dipolo indotto
2
6
3
4pot
hE
r
hdipende dalla energia di ionizzazione
polarizzabilità
rseparazione di carica
75 J -1 vs 400000 Jmol-1=aE
Polarizzabilità
2
6
3
4pot
hE
r
Misura la facilità con la quale la nube elettronica puo’ venire distorta, per esempio dalla presenza di un campo elettrico o di un altro dipolo
Dipende dalla forza con cui gli elettroni esterni sono vincolati al nucleo. Maggiore l’energia di ionizzazione, minore la polarizzabilità
Le molecole polari e l’interazione per
orientazioneLe molecole polari si attraggono
reciprocamente per effetto dei loro dipoli in modo da rendere massima l’interazione dipolo-dipolo, detta anche interazione per orientazione
Uattr -/d6
Deboli interazioni a corto raggio dovute alla presenza di dipoli elettrici istantanei rendono conto delle attrazioni fra molecole
Geometria molecolare e polarità delle molecole
IMPORTANTE!!
Interazione per orientazione
Interazione per induzione
• Il dipolo permanente di una molecola induce su un’altra molecola, polare o non polare, un dipolo, chiamato indotto.
• Esiste una attrazione fra dipolo permanente e dipolo indotto.
Forze di interazione di van der Waals
• Le interazioni fra dipoli reciprocamente indotti, quelle per orientazione e quelle per induzione sono raggruppate sotto il termine generico di forze di interazione di van der Waals
Contributo % delle varie forze di van der Waals al legame
intermolecolare(x10-30 Cm)
(x10-30 m3)
Orient.%
Disp.%
Induz.%
CO 0.40 1.99 99.9
HCl 3.50 2.63 15 81 4
HBr 2.67 3.61 3 94 3
HI 1.40 5.44 99.5 0.5
NH3 4.87 2.26 45 50 5
H2O 6.17 1.59 77 19 4
Interazioni di VdW e proprietà fisiche
La temperatura di ebollizione è un indice della forze intermolecolari. Tanto esse sono maggiori tanto piu’ il composto tende ad avere alta Teb
Dipende dallaPolarizzabilità!
Interazioni di VdW e proprietà fisiche
Esse aumentano anche all’aumentare della complessità della molecola
CONCETTI
Dipolo permanente
Dipolo istantaneo
Dipolo indotto
Polarizzabilità
FORZE INTERMOLECOLARI
Interazione per induzione
Interazione per orientazione
Interazioni di VdW e proprietà fisiche
Interazioni di VdW e tabella periodica
Legame a idrogeno
Legame a ponte di idrogeno
Il legame di idrogeno si instaura fra un atomo di idrogeno legato a un atomo molto elettronegativo e una coppia solitaria
dell’atomo molto elettronegativo appartenente a un’altra molecola
O HH
O HH
Legame a ponte di idrogeno
Natura elettrostatica?
Legame direzionale
Solo con O, N, F, in sistemi biologici anche con S
Piu’ forte delle forze di VdW, ma un ordine di grandezza piu’ piccolo dei legami covalenti20-40 kJ mol-1
Esiste una densità elettronica tra i due atomi, NON è uguale al legame ionico! E’ assimilabile ad un debole legame chimico
Perché lo indico con una linea tratteggiata ?
Un atomo di idrogeno non puo’ formare due legami a coppia di elettroni, quindi é formalmente sbagliato indicare il legame ad idrogeno come la compartecipazione di un doppietto elettronico di Lewis
Tuttavia, a differenza delle altre interazioni intermolecolari, il legame a idrogeno é DIREZIONALE, perché dipende dalla geometria delle coppie elettroniche intorno all’atomo “elettron-donatore”. Quindi é legittimo, anzi necessario, rappresentarlo graficamente in qualche modo per evidenziare la presenza NON di una interazione a distanza ma di una organizzazione geometrica e strutturale del sistema.
Il legame ad idrogeno negli acidi nucleici
Il legame ad idrogeno nella formazione della struttura adoppia elica del DNA
Il legame ad idrogeno negli
aminoacidi
Legami ad idrogeno tra due diversi foglietti
Legame a idrogeno e proprietà fisiche
NH3
NH4+
ConcettiLegame covalente
Polarità di legame
VSEPR
Formule di struttura
Legame ionico
Legame di coordinazione
Legame metallico
Legame a idrogeno
Tipi di legame e ordine di legame