Post on 02-Aug-2020
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Il Legame Chimico e la Struttura Molecolare
2017
2 LEGAME CHIMICO
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!
• 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.!
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Composti Ionici
Metallo: bassa Energia Ionizzazione
Nonmetallo: elevata Affinità Elettronica
2 Na(s) + Cl2(g) à 2 Na+ + 2 Cl-
I composti ionici si formano principalmente tra metalli (gruppi 1A e 2A e metalli di transizione) e nonmetalli (O, S ed alogeni). !
5 Legame Covalente!Il legame nasce dalla reciproca attrazione di
2 nuclei per gli stessi elettroni. Ne deriva una condivisione di elettroni. !
! HB+ HA HBHA
Il legame è la risultante tra le forze attrattive e repulsive coinvolte.
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Elettroni di Valenza Gli elettroni sono divisi fra elettroni del
nocciolo (core) e di valenza!B 1s2 2s2 2p1!Nocciolo = [He] , valenza = 2s2 2p1!
Br [Ar] 3d10 4s2 4p5!Nocciolo = [Ar] 3d10 , valenza = 4s2 4p5!
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Distribuzione degli Elettroni nelle Molecole
• La distribuzione degli elettroni è rappresentata con strutture elettroniche a punti di Lewis
• Gli elettroni di valenza
sono classificati come condivisi o COPPIE di LEGAME e non condivisi o COPPIE SOLITARIE.
G. N. Lewis 1875 - 1946
• • • •
• • H Cl Coppia solitaria Coppia di!
legame
8 Regola dell’ottetto!
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.
F F +
7e- 7e-
F F
8e- 8e-
F F
F F
Struttura di Lewis per la molecola F2
lone pairs lone pairs
lone pairs lone pairs
single covalent bond
single covalent bond
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8e-
H H O + + O H H O H H o
2e- 2e-
Struttura di Lewis per l’acqua
Legame doppio – due atomi condividono due coppie di elettroni
single covalent bonds
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-
N N
triple bond
o
11 Strutture di risonanza. Una molecola viene rappresentata con più strutture di Lewis equivalenti.
O O O + -
O O O + -
O C O
O
– – O C O
O
–
–
O C O
O
–
–
Strutture di risonana per l’anione carbonato (CO3
2-)
12 Violazioni della Regola dell’ Ottetto
Generalmente succede con il B e gli elementi dei periodi superiori.
BF3 SF4
13 Formazione del Legame Un legame può formarsi dalla
sovrapposizione lungo l’asse di legame di orbitali atomici di atomi vicini.
Cl H H Cl ••
• •
••
•• • •
•• +
Sovrapposizione di H (1s) e Cl (2p) Notare che ciascun atomo ha un singolo
elettrone spaiato
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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.
GEOMETRIA MOLECOLARE Teoria VSEPR
Valence Shell Electron Pair Repulsion.!
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H
HH
Htetrahedral
109˚
C4
120˚
planar trigonal
FFB
F3
180˚
linear2
GeometryExample
No. of e- PairsAround CentralAtom
F—Be—F
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H
HH
Htetrahedral
109˚
C4
120˚
planar trigonal
FFB
F3
180˚
linear2
GeometryExample
No. of e- PairsAround CentralAtom
F—Be—F
17 Determinazione della Struttura con la VSEPR
Ammoniaca, NH3!1. Disegnare la struttura elettronica
a punti!2. Contare le coppie di legame e
solitarie = 4!
H ••
H
H
N
3. Le 4 coppie elettroniche si posizioneranno ai vertici di un tetraedro.!
HH
H
lone pair of electronsin tetrahedral position
NLa GEOMETRIA DELLE COPPIE DI ELETTRONI E’ TETRAEDRICA.
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Ammoniaca, NH3 La geometria delle coppie di elettroni è tetraedrica.
Determinazione della Struttura con la VSEPR
HH
H
lone pair of electronsin tetrahedral position
N
La GEOMETRIA MOLECOLARE— le posizioni degli atomi — è PIRAMIDALE.
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19 Determinazione della Struttura con la VSEPR
Acqua, H2O!1. Disegnare la struttura elettronica a
punti!
La geometria delle coppie elettroniche è TETRAEDRICA.
H O H••
••
2. Contare le coppie solitarie e di legame = 4!3. Le 4 coppie elettroniche sono ai vertici di un tetraedro.!
H
HO
La geometria molecolare è ANGOLARE
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Geometrie molecolari nel metano, ammoniaca e acqua
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Elettronegatività
• 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).
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Quando tra due atomi impegnati in un legame esiste una differenza di elettronegatività,
il legame è polare.
La Polarità delle Molecole
M:X Legame covalente puro
Gli atomi condividono ugualmente gli elettroni
Mδ+Xδ–
Legame covalente polare Gli atomi non condividono
ugualmente gli elettroni
M+X–
Legame ionico Gli elettroni sono
completamente trasferiti
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H F F H
Legame covalente polare o legame polare, per effetto di una differente elettronegatività la densità elettronica è maggiore attorno ad uno dei due atomi.
Regione elettron-ricca Regione
elettron-povera e- rich e- poor
δ+ δ-
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Percentuale di Carattere Ionico
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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+)
26 Polarità Molecolare Le molecole saranno polari se!a)!i legami sono polari! ! ! !e!b)!la molecola NON è “simmetrica”!
Tutte queste molecole NON sono polari
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Polare o Nonpolare? Confronta CO2 ed H2O. Quale è polare?
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Polare o Nonpolare?
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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
Proprietà del legame
30 L’ordine di un legame
L’ordine di un legame è proporzionale ad altre due importanti proprietà del legame:
(a) Forza del legame (b) Distanza di legame
745 kJ
414 kJ
110 pm
123 pm
NO
Pagina vuota
31 Lunghezza di legame
Dipende dalle dimensioni degli atomi.
H—F
H—Cl
H—I
1 A = 10-2 pm.
• Indica la distanza tra i nuclei di due atomi legati.
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Dipende dall’ordine di un legame.
1 A = 10-2 pm.
Lunghezza di legame
33 Energia di legame
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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
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energia necessaria per rompere un legame chimico
• LEGAME Energie di legame (kJ/mol) H—H 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 rottura.
Energia di legame
Il valore dell’energia di legame, invertito di segno, rappresenta l’energia che si svolge quando si forma il legame stesso.
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Determinare l’energia della reazione 2 H2O2 à O2 + H2O
2 H—O—O—H à O=O + 2 H—O—H
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
Come utilizzare le entalpie di dissociazione di legame
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2 H—O—O—H à O=O + 2 H—O—H Energia richiesta per rompere i legami nei reagenti: 4 mol di legami O—H = 4 x (463 kJ/mol) 2 mol di legami O—O = 2 x (146 kJ/mol)
esempio
Energia che si libera nella formazione di 1 mol di legami O=O e 4 mol di legami O-H = –498 kJ/mol + 4x(–463) kJ/mol = –2350 kJ/mol
Energia richiesta per rompere i legami nei reagenti = 2144 kJ/mol
Bilancio dell’energia: (–2350 + 2144) kJ/mol ΔHr = –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. 399
O2 (g) + 2H2(g) --> 2H2O(g) Valutare la variazione di entalpia della reazione.
Considerazioni:
Entalpia della reazione = ∑ ΔH°f(prodotti) - ∑ ΔH°f(reagenti)
le entalpie std di formazione degli elementi sono
pari a zero.
Entalpie std formazione H2O(g) = -241,83 kJ/mol
Pertanto ΔH°r = 2 x (-241,8) kJ / mol = -482 kJ
39 O2 (g) + 2H2(g) --> 2H2O(g)
Valutare la variazione di entalpia della reazione
Consideriamo l’energia di legame nei reagenti e nei prodotti. Reagenti: O2 (g) + 498 kJ/mol
H2(g) + 436 kJ/mol x 2 totale………. + 1370 kJ
Prodotti: 4 legami O-H 4 x (–463) kJ/mol = –1852 kJ Bilancio: –1852kJ +1370kJ = –482 kJ LA REAZIONE E’ ESOTERMICA, PRODUCE 482 kJ