Alberto Cavaliere

La chimica in versi CHIMICA ORGANICA

GENERALITA'

I composti del carbonio

sono in numero gigante

e compongon gli organismi

delle bestie e delle piante.

Una volta eran creduti

dei composti assai speciali,

non potendo riprodursi

con sistemi artificiali:

si pensava ad una forza

che negli esseri viventi

desse luogo a quei prodotti

cos strani e differenti;

finch Whler, ottenendo

merc sintesi l'urea

e con metodi inorganici,

non fug la falsa idea.

NOTE SULLAUTORE Alberto Cavaliere nacque a Cittanova (Reggio Calabria) il 19 ottobre 1897 e mor il 7 novembre 1967. Avviato di malavoglia allo studio della chimica e laureatosi all'Universit di Roma, fece vari mestieri per finire poi, per alcuni anni, nello stabilimento dell'ing. Pomilio che produceva sode e saponi. Anzi alla prima edizione dell'opera era premessa la dedica:

All'Ingegner Pomilio, che avendomi nel suo stabilimento per fabbricar la soda col mio ausilio per poco non andava a fallimento,

Alberto Cavaliere dedic

Il successo dell'opera a cui affidata la sua fama, la "Chimica in versi" lo riport sulla strada della letteratura e della poesia. Scrisse molte opere (La storia romana in versi, Da Cesare a Churchill, storia d'Inghilterra, Due lombardi alla prima crociata, La storia di Milano, ecc. Fu deputato al parlamento italiano e giornalista, sia sui pi famosi giornali satirici dell'epoca, sia sui quotidiani nazionali. Circa la sua Chimica in versi, narra egli stesso che, vittima di una bocciatura all'esame di chimica, si present a quello di riparazione con tutta la chimica imparata in versi, da lui stesso scritti. Forse la storia vera, ma di certo il testo poi pubblicato fa riferimenti al lavoro dell'autore, gi laureato.

Struttura Atomica Nucleo carico positivamente molto denso e

piccolo: protoni, neutroni (10-15 m) Elettroni carichi negativamente in una nuvola

intorno al nucleo (10-10 m)

numeronumero atomicoatomicoZZ

isotopo6C

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diametro:2 10-10 m (200 pm)

C126

Tutti gli atomi di un dato elemento hanno lo stesso numero atomico.Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento che hanno numero di neutroni diverso e quindi differiscono nel numero di massa.

numero di massa A = 6 p + 6 n = 12 amu

nucleo

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13

Orbitali

Quantomeccanica: descrive le energie degli elettronie la loro posizione mediante una equazione donda La funzione donda la soluzione dellequazione

donda Ogni funzione donda un orbitale,

2 descrive la regione di spazio nel quale unelettrone ha maggiore probabilit di trovarsi

La nube elettronica non ha confini, ha solo aree pi probabili.

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Forme degli orbitali

Gli elettroni sono confinati in regioni di spazio =livelli energetici principali o gusci ogni guscio pu contenere 2n2 elettroni (n = 1, 2, 3, 4..)

I gusci sono divisi in sottogusci chiamati orbitali,indicati con le lettere s, p, d,... s (uno per guscio) p (set di tre per il guscio 2 e superiori) d (set of cinque per il guscio 3 e superiori) .....

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Gusci e orbitali

Ogni orbitale pu contenere 2 elettroni

3 gusciocapacit: 18 elettroni

2 gusciocapacit: 8 elettroni

1 gusciocapacit: 2 elettroni

E

n

e

r

g

i

a

2s1s

2p

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Riempimento Orbitali Atomici

1. Principio dello Aufbau: gli orbitali si riempiono dalbasso in alto (energia crescente: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d ).

2. Principio di esclusione di Pauli: solo due elettroniper orbitale: spin su e spin gi .

3. Regola di Hund: per un set di orbitali degeneri,aggiungere un elettrone in ciascuno, appaiati, primadi aggiungerne un secondo.

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Configurazioni elettroniche degli elementi del primo e secondo periodo

81s22s22px22py22pz2Ne71s22s22px22py22pz1 = [He]2s22px22py22pz1F61s22s22px22py12pz1 = [He]2s22px22py12pz1O51s22s22px12py12pz1 = [He]2s22px12py12pz1N41s22s22px12py1 = [He]2s22px12py1C31s22s22px1 = [He]2s22px1B21s22s2 = [He]2s2Be11s22s1 = [He]2s1Li21s2He11s1H

Elettroni di valenzaConfigurazioneElemento

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Polarit del legame Differenza elettronegativit (X) degli atomi Generalmente:

Quando X < 0.5 legame covalente Quando X = 0.5 1.9 legame covalente polare Quando X > 1.9 legame ionico

Scala di Pauling

elettronegativit crescente

e

l

e

t

t

r

o

n

e

g

a

t

i

v

i

t

c

r

e

s

c

e

n

t

e

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Teoria del Legame

Gli atomi si legano perch il composto che ne deriva pi stabile degli atomi separati.

Il legame il risultato di un bilanciamento tra forze attrattive (elettroni e nuclei) e repulsive (elettroni-elettroni e nuclei-nuclei).

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La regola dellOttetto

Gli atomi tendono a guadagnare, perdere,condividere elettroni in modo da essere circondati da otto elettroni di valenza (tranne lidrogeno che ne ha due).

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Tipi di legami chimici

Legame ionico: trasferimento di elettroni da unatomo a un altro.

Legame covalente: la coppia di elettroni condivisa da due atomi.

legame covalente non

polare

legame covalente

polare

legame ionico

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LiH HH HF

Mappe di potenziale elettrostatico

rosso < arancio < giallo < verde < blupotenziale elettrostatico pi positivo

potenziale elettrostatico pi negativo

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Strutture di Lewis Elettroni di legame: i composti organici

formano legami che derivano dalla compartecipazione di elettroni.

Elettroni di valenza non usati in legami sono chiamati elettroni di non legame oelettroni di lone-pair.

H Cl

coppia di legame o condivisa

lone pair (LP)coppia di non legame o non condivisa

densit elettronica altadensit

elettronica bassa

HCl+

Gilbert N. Lewis(1875 1946)

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7 elettroni di valenza: 1 legame, 3 lone pairCl [Ne]2s22p5

7 elettroni di valenza: 1 legame, 3 lone pairF [He]2s22p5

6 elettroni di valenza: 2 legami, 2 lone pairO [He]2s22p4

5 elettroni di valenza: 3 legami, 1 lone pairN [He]2s22p3

4 elettroni di valenza: 4 legamiC [He]2s22p2

ValenzaSimbolo di LewisConfigurazione Elettronica

Strutture di Lewis

C

O

F

Cl

N

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CCl4 CH2O C2H2

CH3OH CH3CHCH2 HCN

C Cl

Cl

Cl

Cl C HHO

H C C H

CH

HH

O H CH

HH

C CH H

H H C N

Disegnare le strutture di Lewis

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1. Dividere gli elettroni di ogni legame per dueassegnando ciascun elettrone a un atomo.

2. Contare il numero di elettroni posseduto da ciascun atomo paragonandolo con la sua valenza.

elettroni in eccesso carica formale negativaelettroni in difetto carica formale positiva

Assegnare cariche formali

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Esercizio

Disegnare le strutture di Lewis, determinare la carica formale su ogni atomo delle seguenti molecole o ioni.

H3O+ CH3O CH3+ CO N3

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O

H

HH

O: 6 5 = +1

CH

HH

O

C: 4 4 = 0O: 6 7 = 1

C

H

H

H

C: 4 3 = +1

C O

C: 4 5 = 1O: 6 5 = +1

N N N1 2 3

N1: 5 5 = 0N2: 5 4 = +1N3: 5 7 = 2

N NN1 2 3

N1: 5 6 = 1 N2: 5 4 = + 1N3: 5 6 = 1

Risposta

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In ordine decrescente di importanza

Strutture di Lewis

Quando per una molecola o ione possibile scriveredue o pi strutture di Lewis non equivalenti, lamigliore (= la pi stabile) quella che ha: il maggior numero di ottetti il minor numero di cariche formali una carica su un atomo pi elettronegativo,

una carica + su un atomo pi elettropositivo minor separazione di carica possibile

2

RISONANZARISONANZA Vi sono molecole le cui propriet non sono

ben spiegate da una singola struttura di Lewis che tenga conto cio delle propriet osservate (contenuto energetico, lunghezza dei legami, comportamento chimico, etc.)

Si allora costretti a sostituire a una singola formula un insieme di formule di Lewis.

Questo processo mentale di mediazione tra pi strutture si chiama RISONANZA.

RISONANZARISONANZA

Le forme di risonanza o forme contributivesi differenziano solo per la posizione degli elettroni.

Solo gli elettroni (lone pairs o ) possono muoversi.

I nuclei e gli angoli di legame restano gli stessi.

La risonanza genera una delocalizzazione di carica elettrica.

Strutture contributive Tutte le strutture contributive devono essere

corrette strutture di Lewis. Tutte le strutture contributive devono avere

il medesimo numero di elettroni condivisi e non condivisi, solo diversamente distribuiti.

Gli atomi occupano lo stesso posto in entrambe le forme.

Le forme di risonanza individuali sono immaginarie.

Ibrido di risonanza Una struttura con forme di risonanza non

alterna tra le forme. un ibrido delle forme di risonanza, e la

struttura reale chiamata ibrido di risonanza. Librido di risonanza pi stabile di ogni

singola forma di risonanza individuale. Maggiore il numero di forme di risonanza,

pi stabile il composto.

Molecole organiche

H CO

OH C

O

O= H C

O

O

-

-

ordine di legame 1/2 nessuna struttura descrive accuratamente lo ione formiato

la specie reale una media delle due

HCO2

Ione formiato

La freccia ricurva rossa indica che un lone pair si muove dallossigeno in basso per diventare parte del doppio legame C=O

Simultaneamente due elettroni del legame C=O si spostano sullossigeno in alto diventando un lone pair

freccia unica a doppia punta

gli elettroni sono delocalizzati

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Effetti della risonanza

Due sono gli effetti principali della delocalizzazione di elettroni, il primo interessa lenergia laltro la geometria della molecola o ione: Lenergia della specie viene abbassata. La parte di molecola interessata dalla risonanza

planare: i legami diventano di ordine intermedio.

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