Il Legame Chimico e la Struttura Molecolare

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Gabriella Gentile
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A.A.2016 2017 CCS-Biologia CCS-Scienze Geologiche 1 Il Legame Chimico e la Struttura Molecolare

1 A.A CCS-Biologia CCS-Scienze Geologiche 1 Il Legame Chimico e la Struttura Molecolare Energia di interazione di due atomi di idrogeno Cap , 9, 10(a/b), 17-20, 27-28, 31-33, 37-40, 52, 93-96

2 Interazioni tra atomi 2 r Energia di attrazione E = A r n r Energia di repulsione E = + B r m (m > n)

3 3 E + repulsione 0 r M E risultante attrazione r _ Si forma un legame chimico se E 50 kj/mole

4 Formazione della molecola 2 4

5 LEGAME CIMICO 5 Gli obiettivi:!! 1. La distribuzione degli elettroni di valenza nelle molecole e negli ioni.! 2. Le strutture molecolari! 3. Le proprietà di legame ed il loro effetto sulle proprietà molecolari.!

6 Tipi di Legame Chimico! 6 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.!

Legame Ionico 7 E un legame di natura elettrostatica che si forma tra due elementi aventi rispettivamente -una bassa energia di ionizzazione -un alta affinità elettronica Forza

7 Legame Ionico 7 E un legame di natura elettrostatica che si forma tra due elementi aventi rispettivamente -una bassa energia di ionizzazione -un alta affinità elettronica Forza attrattiva = k q + x q La forza attrattiva aumenta all aumentare della carica ionica, e diminuisce all aumentare della distanza tra gli ioni. r 2 Legge di Coulomb Es.: NaCl, FeSO 4

8 8 Le Temperature di fusione dei solidi ionici dipende dalla carica e dal raggio ionico Composto Temperatura di fusione ( C) Composto Temperatura di fusione ( C) LiF LiCl Li NaF NaCl NaBr NaI KCl MgCl MgO 2 CaO CaF 2 CaCl 2 Al 2 O Aumentano le Dimensioni, quindi il raggio r.

9 Il legame covalente 9 a origine dalla condivisione di elettroni tra due elementi di elettronegatività uguale o confrontabile Tra i nuclei aumenta la densità elettronica originando un legame se la forza attrazione nuclei-elettroni > repulsione tra nuclei e tra elettroni elettroni nuclei 2009 Brooks/Cole - Cengage 9

10 La teoria del legame di valenza 10 Il legame covalente si forma per sovrapposizione di orbitali atomici Più estesa è la sovrapposizione degli orbitali atomici, più forte è il legame La sovrapposizione di due orbitali s E legame kj/mol d 0.74 Å 2009 Brooks/Cole - Cengage 10

11 11 La sovrapposizione assiale di due orbitali p Legame : simmetria cilindrica attorno all asse internucleare 2009 Brooks/Cole - Cengage 11

12 La sovrapposizione laterale di due orbitali p 12 Legame : sovrapposizione nulla sull asse internucleare Più debole del legame p 2009 Brooks/Cole - Cengage 12

13 13 Sovrapposizione di un orbitale (1s) e un orbitale Cl (2p) Cl + Cl

14 Elettroni nelle Molecole La distribuzione degli elettroni è rappresentata con strutture elettroniche a punti di Lewis 14 G. N. Lewis Cl Coppia di! legame Gli elettroni di valenza sono classificati come: -condivisi o COPPIE di LEGAME -non condivisi o COPPIE SOLITARIE. Coppie solitarie

15 Elettroni di Valenza 15 Gli elettroni sono classificati come elettroni degli strati interni (core) e di valenza!! B 1s 2 2s 2 2p 1! core = 1s 2, valenza = 2s 2 2p 1! Br [Ar] 3d 10 4s 2 4p 5! core = [Ar] 3d 10, valenza = 4s 2 4p 5!

16 Regola dell ottetto! 16 Un atomo tende ad acquistare o perdere elettroni affinchè il suo livello esterno "guscio di valenza abbia otto elettroni. Ci sono eccezioni alla regola dell ottetto: es. BF 3 BF 3

17 Come Disegnare una Struttura a Punti di Lewis! 17 Ammoniaca, N 3!!! 1. Individuare l atomo centrale (quello con!!!!la più bassa affinità elettronica).!!! 2. Contare gli elettroni di valenza!!! = 1 e N = 5!!!Totale = (3 x 1) + 5!!!!!= 8 elettroni pari a 4 coppie!

18 18 3. Formare un legame singolo fra l atomo centrale e ciascun altro atomo!!-servono tre coppie-! N 4.!La restante coppia completa!l ottetto.! N Quindi: 3 COPPIE di LEGAME ed 1 COPPIA SOLITARIA.!

19 19 Biossido di Carbonio, CO 2 1. Atomo centrale = C! 2. Elettroni di valenza = _16_ pari a _8_coppie! 3. Formare i legami.! 1 coppia 2 coppia 4. Posizionare le restanti 6 coppie solitarie sugli atomi.!

20 20 Biossido di Carbonio, CO 2 5. Perchè il Carbonio abbia un ottetto, dobbiamo formare DOPPI LEGAMI fra C e O.! La seconda coppia di legame forma un legame (π).!

21 2 CO 21 Legami doppi si formano comunemente tra C, N, P, O, e S! SO 3 C 2 F 4

22 Eccezioni alla Regola dell Ottetto 22 Generalmente succede con il Boro e gli elementi dei periodi superiori. 1 coppia 3 coppia 2 coppia BF 3 SF 4

23 GEOMETRIA MOLECOLARE Teoria VSEPR 23 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.

24 No. of e - Pairs Around Central Atom Example Geometry 24 2 F Be F linear F F B F planar trigonal C 109 tetrah edral 2009 Brooks/Cole - Cengage

25 No. of e - Pairs Around Central Atom Example Geometry 25 2 F Be F linear F F B F planar trigonal C 109 tetrah edral 2009 Brooks/Cole - Cengage

26 26 Le geometrie previste dal modello VSEPR per le molecole del tipo AX 2 ad AX 6 che contengano legami covalenti singoli Brooks/Cole - Cengage

Contare le coppie di legame e solitarie = 4! N 3.

27 27 Determinazione della Struttura con la VSEPR 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 ELETTRONICE E TETRAEDRICA.

28 Determinazione della Struttura con la VSEPR 28 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

29 29 Strutture e VSEPR Acqua, 2 O! 1. Disegnare la struttura elettronica a punti! 2. Contare le coppie solitarie e di legame = 4! 3. Le 4 coppie elettroniche sono ai vertici di un tetraedro.! O La geometria delle coppie elettroniche è TETRAEDRICA. La geometria molecolare è ANGOLARE

30 L influenza delle coppie solitarie: gli angoli di legame nel metano, ammoniaca e acqua 30

31 Elettronegatività 31 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

32 Percentuale di Carattere Ionico di un Legame Brooks/Cole - Cengage

33 Legami polari ed elettronegatività 33 Quando due atomi con elettronegatività diversa condividono elettroni il legame tra loro è polare. + Cl La coppia elettronica di legame si sposta verso l atomo con maggiore elettronegatività, originando la formazione di cariche parziali Brooks/Cole - Cengage

34 Momenti dipolari e geometria delle molecole 34 +q d -q µ = q d (Coulomb metro) µ = momento di dipolo 1 debye = 3, C m La coppia elettronica di legame si sposta verso l atomo con maggiore elettronegatività, originando la formazione di cariche parziali Per stabilire se una molecola è polare occorre tenere conto dei seguenti fattori: Differente elettronegatività degli atomi Eventuale presenza di doppietti non condivisi sull atomo centrale Struttura spaziale della molecola 2009 Brooks/Cole - Cengage

35 Esempi di molecole apolari µ = Be O 2 + C O 3 + B (molecola planare) Cl 4 + C Cl Cl Cl (molecola tetraedrica) 2009 Brooks/Cole - Cengage

36 Esempi di molecole polari µ = 0 + Baricentro delle Cariche positive 3 _ N + + µ = 1,47 D 36 O µ = 1,86 D + Cl µ = 1,03 D 2009 Brooks/Cole - Cengage

37 Lunghezza di legame Indica la distanza tra i nuclei di due atomi in un legame. 37 Dipende dalle dimensioni degli atomi. 1 A = 10-2 pm. F Cl I

38 38 Lunghezza di legame C O 1 A = 10-2 pm. C=O Lunghezza di legame: Legame semplice > legame doppio > legame triplo

39 Energia di un legame 39

40 Energia di un legame 40 energia necessaria per rompere un legame chimico. LEGAME Entalpie di dissociazione di legame (kj/mol) 436 C C 346 C=C 602 C C 835 N N 945 Maggiore è il numero di legami più elevata è l energia necessaria alla separazione dei due elementi. Fine

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