Il Legame Chimico e la Struttura Molecolare

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1 Il Legame Chimico e la Struttura Molecolare

2 LEGAME CIMICO 2 In che modo gli atomi in una molecola o uno ione poliatomico interagiscono?! Perchè alcune molecole sono planari ed altre non lo sono?! Possiamo predirne la struttura?!

3 Tipi di Legame Chimico! 3 Esistono 2 tipi estremi di connessione o legame tra gli atomi:! Legame ionico trasferimento completo di 1 o più elettroni da un atomo ad un altro! Legame covalente alcuni elettroni di valenza sono condivisi fra due atomi! La maggior parte dei legami sono intermedi tra questi estremi.!

4 Composti Ionici 4 2 Na(s) + Cl 2 (g) à 2 Na Cl - Metallo: bassa Energia Ionizzazione Nonmetallo: elevata Affinità Elettronica I composti ionici si formano principalmente tra metalli (gruppi 1A e 2A e metalli di transizione) e nonmetalli (O, S ed alogeni).! 2009 Brooks/Cole - Cengage

5 Legame Covalente! 5 Il legame nasce dalla reciproca attrazione di 2 nuclei per gli stessi elettroni. Ne deriva una condivisione di elettroni.!! A + B A B Il legame è la risultante tra le forze attrattive e repulsive coinvolte.

6 Elettroni di Valenza 6 Gli elettroni sono divisi fra elettroni del nocciolo (core) e di valenza! B 1s 2 2s 2 2p 1! Nocciolo = [e], valenza = 2s 2 2p 1! Br [Ar] 3d 10 4s 2 4p 5! Nocciolo = [Ar] 3d 10, valenza = 4s 2 4p 5!

7 Distribuzione degli Elettroni nelle Molecole La distribuzione degli elettroni è rappresentata con strutture elettroniche a punti di Lewis 7 G. N. Lewis Cl Coppia di! legame Gli elettroni di valenza sono classificati come condivisi o COPPIE di LEGAME e non condivisi o COPPIE SOLITARIE. Coppia solitaria

8 Regola dell ottetto! 8 La tendenza delle molecole e degli ioni poliatomici ad avere strutture in cui otto elettroni sono presenti nello strato più esterno (di valenza).

9 In un legame covalente due o più elettroni sono condivisi da due atomi. Ogni atomo tende ad avere otto elettroni nel suo strato più esterno. 9 F + F F F 7e - 7e - 8e - 8e - Struttura di Lewis per la molecola F 2 single covalent bond lone pairs F F lone pairs lone pairs F F lone pairs single covalent bond

10 Struttura di Lewis per l acqua single covalent bonds 10 + O + O o O 2e - 8e - 2e - Legame doppio due atomi condividono due coppie di elettroni O C O o O C O 8e - 8e - 8e - double bonds Legame triplo due atomi condividono tre coppie di elettroni N N 8e - 8e - o N N triple bond

11 Strutture di risonanza. Una molecola viene rappresentata con più strutture di Lewis equivalenti O O O - O + O O Strutture di risonana per l anione carbonato (CO 3 2- ) O C O O C O O C O O O O

12 Violazioni della Regola dell Ottetto 12 Generalmente succede con il B e gli elementi dei periodi superiori. BF 3 SF 4

13 Formazione del Legame 13 Un legame può formarsi dalla sovrapposizione lungo l asse di legame di orbitali atomici di atomi vicini. Cl + Cl Sovrapposizione di (1s) e Cl (2p) Notare che ciascun atomo ha un singolo elettrone spaiato

14 GEOMETRIA MOLECOLARE Teoria VSEPR Valence Shell Electron Pair Repulsion.! 14 La disposizione geometrica dei legami intorno ad un atomo dipende dal numero di coppie elettroniche (di legame + solitarie) che lo circondano. Tali coppie si dispongono il più lontano possibile fra loro nello spazio intorno all atomo centrale.

15 No. of e- Pairs Around Central Atom Example Geometry 15 2 F Be F linear F F B F planar trigonal C 109 tetrahedral 2009 Brooks/Cole - Cengage

16 No. of e- Pairs Around Central Atom Example Geometry 16 2 F Be F linear F F B F planar trigonal C 109 tetrahedral 2009 Brooks/Cole - Cengage

17 Determinazione della Struttura con la VSEPR 17 Ammoniaca, N 3! 1. Disegnare la struttura elettronica a punti! 2. Contare le coppie di legame e solitarie = 4! N 3. Le 4 coppie elettroniche si posizioneranno ai vertici di un tetraedro.! N lone pair of electrons in tetrahedral position La GEOMETRIA DELLE COPPIE DI ELETTRONI E TETRAEDRICA.

18 Determinazione della Struttura con la VSEPR 18 Ammoniaca, N 3 La geometria delle coppie di elettroni è tetraedrica. N lone pair of electrons in tetrahedral position Click movie to play La GEOMETRIA MOLECOLARE le posizioni degli atomi è PIRAMIDALE Brooks/Cole - Cengage

19 Determinazione della Struttura con la VSEPR 19 Acqua, 2 O! 1. Disegnare la struttura elettronica a punti! La geometria delle coppie elettroniche è TETRAEDRICA. O 2. Contare le coppie solitarie e di legame = 4! 3. Le 4 coppie elettroniche sono ai vertici di un tetraedro.! O La geometria molecolare è ANGOLARE

20 Geometrie molecolari nel metano, ammoniaca e acqua 20

21 Elettronegatività 21 Elettronegatività: La capacità di un atomo in una molecola di attrarre gli elettroni impegnati in un legame chimico. Pauling ha proposto una scala che varia da 0.7 (Cs) a 4.0 (F) Brooks/Cole - Cengage

22 La Polarità delle Molecole 22 Quando tra due atomi impegnati in un legame esiste una differenza di elettronegatività, il legame è polare. M:X Legame covalente puro Gli atomi condividono ugualmente gli elettroni M δ+ X δ Legame covalente polare Gli atomi non condividono ugualmente gli elettroni M + X Legame ionico Gli elettroni sono completamente trasferiti 2009 Brooks/Cole - Cengage

23 Legame covalente polare o legame polare, per effetto di una differente elettronegatività la densità elettronica è maggiore attorno ad uno dei due atomi. 23 Regione elettron-povera Regione elettron-ricca e - poor δ + δ - F F e - rich 2009 Brooks/Cole - Cengage

24 Percentuale di Carattere Ionico Brooks/Cole - Cengage

25 25 Polarità dei legami Molecole con legami covalenti polari. Ciascun legame ha un atomo con una piccola carica negativa (δ - ) ed un altro con una piccola carica positiva (δ + ) 2009 Brooks/Cole - Cengage

26 Polarità Molecolare 26 Le molecole saranno polari se! a)!i legami sono polari!!!!e! b)!la molecola NON è simmetrica! Tutte queste molecole NON sono polari

27 Polare o Nonpolare? 27 Confronta CO 2 ed 2 O. Quale è polare?

28 Polare o Nonpolare? 28

29 Proprietà del legame 29 L ordine di legame: n di coppie di elettroni di legame condivisi tra due atomi in una molecola. Legame doppio Legame semplice Legame triplo acrilonitrile

30 NO L ordine di un legame 30 L ordine di un legame è proporzionale ad altre due importanti proprietà del legame: (a) Forza del legame (b) Distanza di legame Pagina vuota 414 kj 123 pm 110 pm 745 kj

31 Lunghezza di legame 31 Dipende dalle dimensioni degli atomi. F 1 A = 10-2 pm. Cl Indica la distanza tra i nuclei di due atomi legati. I

32 Lunghezza di 32 legame Dipende dall ordine di un legame. 1 A = 10-2 pm.

33 Energia di legame 33

34 34 Le reazioni chimiche avvengono mediante rottura e riformazione di legami chimici. Il calore di reazione rappresenta il bilancio energetico dell energia necessaria per rompere i legami dei reagenti e dell energia che si svolge nella formazione dei legami dei prodotti

35 Energia di legame energia necessaria per rompere un legame chimico LEGAME Energie di legame (kj/mol) 436 C C 346 C=C 602 C C 835 N N Maggiore è il numero di legami più elevata è l energia necessaria alla rottura. Il valore dell energia di legame, invertito di segno, rappresenta l energia che si svolge quando si forma il legame stesso.

36 Come utilizzare le entalpie di dissociazione di legame 36 Determinare l energia della reazione 2 2 O 2 à O O 2 O O à O=O + 2 O La reazione è eso- o endotermica? E necessario considerare: A) Energia richiesta per la rottura dei legami nei reagenti B) Energia sviluppata nella formazione dei legami nei prodotti

37 esempio 37 2 O O à O=O + 2 O Energia richiesta per rompere i legami nei reagenti: 4 mol di legami O = 4 x (463 kj/mol) 2 mol di legami O O = 2 x (146 kj/mol) Energia richiesta per rompere i legami nei reagenti = 2144 kj/mol Energia che si libera nella formazione di 1 mol di legami O=O e 4 mol di legami O- = 498 kj/mol + 4x( 463) kj/mol = 2350 kj/mol Bilancio dell energia: ( ) kj/mol Δ r = 206 kj/mol (processo esotermico) La formazione di nuovi legami produce più energia di quanto richiesto per la rottura dei legami nei reagenti

38 59 pg O 2 (g) (g) --> 2 2 O(g) Valutare la variazione di entalpia della reazione. Considerazioni: Entalpia della reazione = Δ f (prodotti) - Δ f (reagenti) le entalpie std di formazione degli elementi sono pari a zero. Entalpie std formazione 2 O(g) = -241,83 kj/mol Pertanto Δ r = 2 x (-241,8) kj / mol = -482 kj

39 O 2 (g) (g) --> 2 2 O(g) 39 Valutare la variazione di entalpia della reazione Consideriamo l energia di legame nei reagenti e nei prodotti. Reagenti: O 2 (g) kj/mol 2 (g) kj/mol x 2 totale kj Prodotti: 4 legami O- 4 x ( 463) kj/mol = 1852 kj Bilancio: 1852kJ +1370kJ = 482 kj LA REAZIONE E ESOTERMICA, PRODUCE 482 kj