STRUTTURA ATOMICA. tutti gli atomi hanno un nucleo carico positivamente che possiede quasi tutta la massa atomica

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1 STRUTTURA ATOMICA tutti gli atomi hanno un nucleo carico positivamente che possiede quasi tutta la massa atomica il nucleo è composto da protoni e neutroni che hanno massa = 1 nella scala dei pesi atomici Numero dei protoni è il numero atomico Z la somma delle masse dei protoni e dei neutroni determina il peso atomico dei vari elementi e viene definito come il numero di massa A

2 il numero dei protoni dà il numero atomico Z degli elementi stessi A Z X attorno al nucleo si trova un numero di elettroni pari al numero di protoni ogni atomo è neutro

3 Secondo la quantomeccanica gli elettroni di un atomo occupano una serie di livelli concentrici che circondano il nucleo. Ogni livello contiene dei sottolivelli noti come orbitali atomici L orbitale atomico è quella regione dello spazio dove vi è una elevata probabilità di trovare elettroni, ossia dove la densità elettronica è elevata

4 Orbitali atomici Atomo di Bohr Energia quantizzata atomo come un sistema solare E = h

5 De Broglie elettroni come onde elettromagnetiche equazioni d onda funzioni d onda vengono dette orbitali

6 Il quadrato della funzione d onda ( 2 ) ci da la probabilità di trovare l elettrone in un determinato punto dello spazio ORBITALE orbitale p orbitale s

7 Gli atomi della tavola periodica si possono costruire aggiungendo protoni nel nucleo e i rispettivi elettroni nel guscio esterno e ponendo questi ultimi sempre in orbitali ad energia via via crescente REGOLE DI RIEMPIMENTO DEGLI ORBITALI ATOMICI Regole di Aufbau Gli elettroni vanno aggiunti sempre negli orbitali a più bassa energia disponibili

8 principio di esclusione di Pauli Un orbitale non può contenere più di due elettroni e questi devono avere spin antiparallelo orbitale vuoto orbitale semi-saturo orbitale saturo

9 regola di und In caso di orbitali degeneri (a uguale energia) si pone un solo elettrone in ciascun orbitale finché tutti gli orbitali non ne abbiano almeno uno C 2 px py pz s 1 s

10 LEGAMI IONICI COVALENTI POLARI Teoria di Lewis o regola dell ottetto La razionalizzazione più semplice si ottiene considerando la configurazione elettronica degli atomi La configurazione elettronica del guscio esterno dei gas nobili, proprio perché completa, è stabile ed è la situazione a cui tendono tutti gli altri elementi. Un atomo, tendendo a raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile, deve variare il numero di elettroni sul guscio esterno e perciò deve "interagire" con altri atomi, formando quello che si chiama legame chimico.

11 Un atomo con un elettrone nel guscio di valenza tende a cederlo, assumendo così la configurazione elettronica del gas nobile della riga precedente. Un atomo con sette elettroni nel guscio di valenza tende a prendere un altro elettrone, completando così l'ottetto ed assumendo la configurazione elettronica del gas nobile della stessa riga. Li + F Li + F + - Li : 1s 2 2s 1 F : 1s 2 2s 2 2p 5 gas nobili corrispondenti e Ne 1 s 2 2 s 2 2 p 6

12 Li + F - LEGAME IONICO cationi ed anioni sono tenuti insieme dalla attrazione elettrostatica Ciascun catione è circondato da anioni e viceversa, dando luogo ad una struttura ordinata (reticolo cristallino) - +

13 Legame covalente Invece che acquistare o cedere elettroni un atomo può raggiungere l ottetto completo CONDIVIDENDO elettroni + F + F F F

14 Quando non c'è differenza di elettronegatività tra gli atomi (o la differenza è piccola) gli elettroni non vengono trasferiti completamente, ma vengono messi in comune LEGAME COVALENTE gli elettroni in comune completano l'ottetto di entrambi gli atomi impegnati nel legame LEGAME COVALENTE 2 ELETTRONI.... :Cl :Cl :Cl:Cl: : legame covalente legame covalente. C :C:.. QUATTRO legami covalenti Fra gli stessi atomi possono esserci più legami covalenti..... C::C... doppi legami (covalenti).... O ::C.. :N:::N: tripli legami (covalenti) :C:::C:

15 CONCETTO DI ELETTRONEGATIVITA

16 LEGAMI COVALENTI POLARI

17 LEGAME COVALENTE PURO NON POLARE LEGAME COVALENTE POLARE LEGAME IONICO

18 LEGAMI COVALENTI POLARI Questi legami possiedono un dipolo, cioè hanno una estremità positiva e una negativa

19 Un ORBITALE ATOMICO è la regione dello spazio in cui è alta (90-95%) la probabilità di trovare un elettrone.. + orbitale 1s nessun nodo nodo. orbitale 2s + - ATTENZIONE!!!! i segni + e - sono segni matematici (non cariche elettriche) Un NODO è la regione dello spazio in cui la probabilità di trovare un dato elettrone è prossima a zero

20 Il nodo in un orbitale 2s è una superficie sferica all interno dell orbitale atomico 2s

21 L orbitale p, invece, è direzionale y y y. x. x. x nodo z nodo z nodo z orbitale p x orbitale p y orbitale p z

22 INTRODUZIONE ALLA TEORIA DEGLI ORBITALI MOLECOLARI Formazione legame covalente E.. energia di legame r 0 r lunghezza di legame -

23

24 Energia potenziale 1s 1s

25 Elettroni su orbitali di antilegame diminuiscono l'ordine di legame Si consideri la differenza tra idrogeno ed elio: antilegante antilegante Energia potenziale 1s legante 1s 1s e legante e 1s 2 e e nessun legame

26 PRENDENDO MOLECOLE PIU COMPLESSE RISULTA CE I VARI ATOMI POSSONO FARE NESSUNO, UNO O PIU LEGAMI CON ALTRI ELEMENTI Valenze più comuni che si incontrano di solito nei composti organici Elemento Valenza Elemento Valenza C O N 1 Cl 1 4 Br 1 2 I 1 3 COME SONO QUESTI LEGAMI? SONO LA SEMPLICE SOVRAPPOSIZIONE DI ORBITALI ATOMICI COME NEL CASO DI 2??

27 NEL CASO DEL CARBONIO LA SEMPLICE SOVRAPPOSIZIONE DI ORBITALI ATOMICI NON DESCRIVE LA REALE STRUTTURA MOLECOLARE CE CONTIENE QUESTO ELEMENTO 2s 2p x 2p y 2p z CONCETTO DI IBRIDAZIONE PROMUOVO 1 ELETTRONE 2s IN UN ORBITALE 2p 2s 2p x 2p y 2p z MESCOLO=IBRIDIZZO I 4 ORBITALI sp 3 sp 3 sp 3 sp 3

28

29 Quattro coppie di elettroni impegnate in legami identici di dispongono nello spazio il più lontano possibile tra di loro (tetraedro) C

30 .... O 105 repulsione maggiore :.. O L acqua è un tetraedro distorto, perché le quattro coppie di elettroni non sono identiche: due sono impegnate in legame e due no. repulsione minore Lo stesso succede nell ammoniaca N N repulsione minore repulsione maggiore

31 ETANO TUTTI I LEGAMI SONO DI TIPO SIGMA

32 IBRIDAZIONE sp 2 2s 2px 2py 2pz 120

33 Se ci sono meno atomi con cui formare legami, il C usa meno orbitali per l ibridazione: l ibridazione di un orbitale s con due orbitali p porta a tre orbitali sp 2 orbitale sp 2 tre orbitali sp 2 sp 2 sp 2. su di un piano (visti dall'alto) tre orbitali sp 2 p sp 2 su di un piano (visti di fianco) sovrapposizione degli orbitali atomici che danno legami ETENE C 2 4 Sul C ibridato sp 2 resta un orbitale p, non ibridato, perpendicolare al piano degli orbitali sp 2

34 ALCENI CARATTERISTICA FUNZIONALE: legame p C C Gli idrocarburi che hanno un doppio legame carbonio-carbonio (e quindi due C ibridati sp 2 ) si chiamano ALCENI Formula generale: C n 2n Cap. 4.1 e 4.2

35 .... orbitale p dell'etene sovrapposizione laterale di due orbitali p paralleli orbitale molecolare di legame p

36 IBRIDAZIONE sp 2s 2px 2py 2pz 2 sp 180

37 p p

38 Se ci sono ancora meno atomi con cui formare legami, il C usa ancora meno orbitali per l ibridazione: l ibridazione di un orbitale s con un orbitale p porta a due orbitali sp. orbitale sp 180. due orbitali sp.... s-sp sp-sp sp-s sovrapposizione di orbitali atomici.... orbitali molecolari di legmi ETINO (acetilene) C 2 2 Sul C ibridato sp restano due orbitale p, non ibridato, perpendicolari alla retta degli orbitali sp

39 IBRIDAZIONE sp 2 2s 2px 2py 2pz 120

40 CATIONE METILE C 3 + IBRIDAZIONE sp 2 ORBITALE p VUOTO

41 RADICALE METILE C 3 IBRIDAZIONE sp 2 ORBITALE p CON 1 ELETTRONE SPAIATO

42 ANIONE METILE C 3 -