[email protected] Modelli in chimica ovvero non esiste lelettrone 1s Modelli in...

[email protected]@uninsubria.ithttp://scienze-como.uninsubria.it/http://scienze-como.uninsubria.it/bressaninibressanini

Modelli in chimicaovvero

non esiste l’elettrone 1s

Modelli in chimicaovvero

non esiste l’elettrone 1s

Universita’ degli Studi dell’Insubria Universita’ degli Studi dell’Insubria

Dario BressaniniDario Bressanini

© Dario Bressanini 2

Le Basi Della ChimicaLe Basi Della Chimica


Le Basi Della ChimicaLe Basi Della ChimicaAtomi, Molecole, Cristalli, Materiali,...Atomi, Molecole, Cristalli, Materiali,...

Meccanica QuantisticaMeccanica Quantistica

Meccanica StatisticaMeccanica Statistica

TermodinamicaTermodinamica

Tutta la ChimicaTutta la Chimica


Natura e MatematicaNatura e Matematica

“il Grande libro della Natura e’ scritto nel linguaggio della matematica, e non possiamo capirla se prima non ne capiamo i simboli“

Galileo Galilei

“il Grande libro della Natura e’ scritto nel linguaggio della matematica, e non possiamo capirla se prima non ne capiamo i simboli“

Galileo Galilei

“In science, there is only physics; all the rest is stamp collecting”

Ernest Rutherford

“In science, there is only physics; all the rest is stamp collecting”

Ernest Rutherford


Chimica e MatematicaChimica e Matematica

“The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these equations leads to equations much too complicated to be soluble”

P.A.M. Dirac - 1929

“The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these equations leads to equations much too complicated to be soluble”

P.A.M. Dirac - 1929

"We are perhaps not far removed from the time, when we shall be able to submit the bulk of chemical phenomena to calculation”

Joseph Louis Gay-Lussac - 1808

"We are perhaps not far removed from the time, when we shall be able to submit the bulk of chemical phenomena to calculation”

Joseph Louis Gay-Lussac - 1808


Scienze e MatematicaScienze e Matematica1700 – Fisica Classica1800 – Elettromagnetismo1800 – Termodinamica1900 – Meccanica Quantistica1940 – Chimica1970 – Biologia1980 – Economia

1700 – Fisica Classica1800 – Elettromagnetismo1800 – Termodinamica1900 – Meccanica Quantistica1940 – Chimica1970 – Biologia1980 – Economia

Every attempt to employ mathematical methods in the study of chemical questions must be considered profoundly irrational and contrary to the spirit of chemistry… If mathematical analysis should ever hold a prominent place in chemistry – an aberration which is happily almost impossible – it would occasion a rapid and widespread degeneration of that science.

Auguste Compte

Every attempt to employ mathematical methods in the study of chemical questions must be considered profoundly irrational and contrary to the spirit of chemistry… If mathematical analysis should ever hold a prominent place in chemistry – an aberration which is happily almost impossible – it would occasion a rapid and widespread degeneration of that science.

Auguste Compte

Non tutti la pensavano alla stessa maniera …Non tutti la pensavano alla stessa maniera …


Realta’ e ModelliRealta’ e Modelli

La realta’ e’ spesso troppo La realta’ e’ spesso troppo complessacomplessa per poter per poter

essere studiata in modo semplice, preciso e essere studiata in modo semplice, preciso e

accurato.accurato.

Gli scienziati ricorrono a delle Gli scienziati ricorrono a delle semplificazionisemplificazioni, ,

a volte drastiche, in modo pero’ da mantenere a volte drastiche, in modo pero’ da mantenere

sempre le sempre le caratteristiche salienticaratteristiche salienti del fenomeno del fenomeno

da studiareda studiare

Si usano dei Si usano dei ......


……Modelli ?Modelli ?


Modelli!Modelli!

Un modello e’ una Un modello e’ una costruzione teoricacostruzione teorica che che

cerca di catturare, piu’ o meno fedelmente, uno cerca di catturare, piu’ o meno fedelmente, uno

o piu’ aspetti di un o piu’ aspetti di un fenomenofenomeno

Un modello semplifica, diminuisce la Un modello semplifica, diminuisce la

complessitacomplessita’ di un fenomeno, aiuta a capire, ma ’ di un fenomeno, aiuta a capire, ma

approssimaapprossima

Scegliere un modello “Scegliere un modello “buonobuono” è difficile... ma ” è difficile... ma

NECESSARIONECESSARIO..


Complessita’Complessita’


Astrazione e ModelliAstrazione e Modelli


Pensare per ModelliPensare per Modelli

René MagritteRené Magritte


Astrazione e ModelliAstrazione e Modelli Il sole è, in prima approssimazione, una sfera pienaIl sole è, in prima approssimazione, una sfera piena di di

un un Gas Ideale Gas Ideale ((pV=nRTpV=nRT).).

Un cavallo da corsa è, in prima approssimazione, una Un cavallo da corsa è, in prima approssimazione, una

sfera.sfera.

Si devono trascurare i dettagli insignificanti Si devono trascurare i dettagli insignificanti ((il il

colore del cavallocolore del cavallo)), o trascurabili , o trascurabili ((la coda del la coda del

cavallocavallo). ). .. ma solo quelli... ma solo quelli.

Una teoria scientifica deve essere la più semplice possibile... ma non troppo semplice (A. Einstein)


Chimica: scienza dei Chimica: scienza dei modellimodelli

Atomi e Molecole non sono accessibili Atomi e Molecole non sono accessibili

all’esperienza quotidianaall’esperienza quotidiana

Concetti macroscopici quali “Concetti macroscopici quali “temperaturatemperatura” o ” o

““traiettoriatraiettoria” sono ” sono PRIVI DI SENSOPRIVI DI SENSO a livello a livello

molecolaremolecolare

Le grandezze microscopiche Le grandezze microscopiche NONNON si possono si possono

misurare direttamentemisurare direttamente

La Chimica ha bisogno di costruire dei La Chimica ha bisogno di costruire dei modelli, sia modelli, sia matematicimatematici che che interpretativiinterpretativi


La MateriaLa Materia Nel 17Nel 17momo secolo vi era ancora molta confusione su cosa secolo vi era ancora molta confusione su cosa

fosse la fosse la MateriaMateria

Georg Ernst StahlGeorg Ernst Stahl(1659-1734)(1659-1734)

Johann BecherJohann Becher e e Georg StahlGeorg Stahl, , medici tedeschi professori medici tedeschi professori universitari, fondarono la universitari, fondarono la teoria del Flogisto (dal greco teoria del Flogisto (dal greco ‘‘bruciarebruciare’)’)

Simbolo del Simbolo del FlogistoFlogisto


Il FlogistoIl Flogisto La materia e’ costituita da due componenti: il La materia e’ costituita da due componenti: il FlogistoFlogisto e e

la la CenereCenere Bruciando, il flogisto si libera nell’aria, lasciando Bruciando, il flogisto si libera nell’aria, lasciando

solamente la ceneresolamente la cenere

L’aria “Flogistificata” non riesce piu’ a supportare la L’aria “Flogistificata” non riesce piu’ a supportare la combusionecombusione


Fatti spiegati dalla Teoria Fatti spiegati dalla Teoria del Flogistodel Flogisto

I combustibili perdono peso bruciando, perche’ perdono flogisto.I combustibili perdono peso bruciando, perche’ perdono flogisto. La combustione cessa quando tutto il flogisto e’ fuoriuscito dalla La combustione cessa quando tutto il flogisto e’ fuoriuscito dalla

sostanza e ha saturato l’ariasostanza e ha saturato l’aria Il carbone lascia pochissimo residuo perche’ e’ flogisto quasi puroIl carbone lascia pochissimo residuo perche’ e’ flogisto quasi puro Un topolino muore se chiuso in un ambiente sigillato perche’ l’aria Un topolino muore se chiuso in un ambiente sigillato perche’ l’aria

si satura di flogistosi satura di flogisto Alcune ‘calci metalliche’, scaldate con carbone si ritrasformano in Alcune ‘calci metalliche’, scaldate con carbone si ritrasformano in

metallo perche’ il carbone cede il flogistometallo perche’ il carbone cede il flogisto


Problemi della Teoria del Problemi della Teoria del FlogistoFlogisto

Tuttavia, alcune sostanze Tuttavia, alcune sostanze aumentano di peso dopo essere aumentano di peso dopo essere state bruciate (il magnesio ad state bruciate (il magnesio ad esempio)! esempio)!

Joseph Priestly scopre l’ossigeno Joseph Priestly scopre l’ossigeno nel 1774, ma non crede alla teoria nel 1774, ma non crede alla teoria dell’ossidazione. Chiama dell’ossidazione. Chiama l’ossigeno l’ossigeno aria deflogistificataaria deflogistificata

Joseph Priestly

Oggi noi sappiamo che la combustione è Oggi noi sappiamo che la combustione è dovuta al processo di ossidazione.dovuta al processo di ossidazione.


Conservazione della Conservazione della MassaMassa

Antoine Lavoisier mostra Antoine Lavoisier mostra come la combustione non come la combustione non e’ una perdita di flogisto, e’ una perdita di flogisto, ma una reazione chimica ma una reazione chimica con l’ossigeno.con l’ossigeno.

Enuncia il principio di Enuncia il principio di conservazione della conservazione della massa: massa: La Materia non La Materia non viene nè creata nè viene nè creata nè distrutta, ma cambia distrutta, ma cambia solamente formasolamente forma

Antoine-Laurent Antoine-Laurent LavoisierLavoisier(1743-1794) e sua (1743-1794) e sua mogliemoglie


Modelli per altri Modelli per altri FenomeniFenomeni

L’L’elettricità è generata dal flusso di due fluidi, elettricità è generata dal flusso di due fluidi,

chiamati ‘chiamati ‘vetrosovetroso’ e ‘’ e ‘resinosoresinoso’’

Il magnetismo è generato dal flusso di due altri Il magnetismo è generato dal flusso di due altri

fluidi, chiamati ‘fluidi, chiamati ‘australeaustrale’ e ‘’ e ‘borealeboreale’’

Il Calore invece era il flusso di un singolo Il Calore invece era il flusso di un singolo

fluido, chiamato ‘fluido, chiamato ‘caloricocalorico’’


Le Nuove Forme di Le Nuove Forme di EnergiaEnergia

Nel diciottesimo secolo, il medico Nel diciottesimo secolo, il medico

italiano italiano Luigi GalvaniLuigi Galvani (1737-1798) (1737-1798)

scoprì che un conduttore bimetallico scoprì che un conduttore bimetallico

caricato elettricamente poteva far caricato elettricamente poteva far

muovere le zampe di rane morte.muovere le zampe di rane morte.

SSi pensò che l’elettricità scorresse i pensò che l’elettricità scorresse

dentro ogni essere vivente.dentro ogni essere vivente.

Il romanzo Il romanzo FrankensteinFrankenstein, di Mary , di Mary

Shelley (1797-1851) Shelley (1797-1851) e’ basato sue’ basato su

questqueste teoriee teorie

http://www.unibo.it/avl/storia/galvani.htm


Le Nuove Forme di Le Nuove Forme di EnergiaEnergia

Alessandro Volta (1745-1827), fisico Alessandro Volta (1745-1827), fisico

comasco, riconobbe che “l’effetto comasco, riconobbe che “l’effetto

Galvanico”, il movimento delle zampette Galvanico”, il movimento delle zampette

di rana, era da ricondurre al passaggio di rana, era da ricondurre al passaggio

della corrente nei tessuti animali, incapaci della corrente nei tessuti animali, incapaci

di produrre elettricità.di produrre elettricità.

Nel 1800, Volta costruì la prima pila, Nel 1800, Volta costruì la prima pila,

denominata denominata voltaicavoltaica in suo onore. in suo onore.

Quest’apparato era in grado di produrre Quest’apparato era in grado di produrre

chimicamentechimicamente corrente elettrica. corrente elettrica.


Sir Francis BaconSir Francis Bacon e il e il CaloreCalore

Nel 1620 Nel 1620 Bacon Bacon ebbe l’intuizione che il ebbe l’intuizione che il

calore era nient’altro che “calore era nient’altro che “movimentomovimento, ,

rapida e vigorosa agitazione delle rapida e vigorosa agitazione delle

particelle di cui è composta la materiaparticelle di cui è composta la materia “ “

Mori’ di bronchite sperimentandoMori’ di bronchite sperimentando l’idea l’idea

che il freddo che il freddo potessepotesse prevenire la prevenire la

putrefazione della carne e permetterne putrefazione della carne e permetterne

la sua conservazione. la sua conservazione.

La sua teoria del calore venne La sua teoria del calore venne

dimenticatadimenticataFrancis Bacon (1561-1626) (1561-1626)NNato nel 1561 da una ato nel 1561 da una potente famiglia alla corte potente famiglia alla corte della Regina Elisabetta I di della Regina Elisabetta I di InghilterraInghilterra..

http://www.knuten.liu.se/~bjoch509/philosophers/bac.html


La Teoria del CaloricoLa Teoria del Calorico l’opinione prevalente l’opinione prevalente ((Lavoisier, Fourier, LaplaceLavoisier, Fourier, Laplace e e

PoissonPoisson)), era che il calore fosse una sorta di fluido , era che il calore fosse una sorta di fluido

misterioso, il misterioso, il caloricocalorico,, che fluiva in ogni sostanza che fluiva in ogni sostanza

e spontaneamente passava da un corpo caldo ad e spontaneamente passava da un corpo caldo ad

un corpo freddo.un corpo freddo.

IlIl calorico calorico aveva strane proprietà. aveva strane proprietà. Non aveva peso...Non aveva peso... ..ma occupava un volume..ma occupava un volume

Non si riusciva ad isolarloNon si riusciva ad isolarlo


La fine della teoria del La fine della teoria del CaloricoCalorico

Benjamin ThompsonBenjamin Thompson(1754-1814) (1754-1814) nato nella colonia del nato nella colonia del MassachusettsMassachusetts. Trasferitosi . Trasferitosi in Europa, lavorò al in Europa, lavorò al servizio servizio del Duca di Baviera. Fu del Duca di Baviera. Fu nominato “Conte del Sacro nominato “Conte del Sacro Romano Impero”, e scelse Romano Impero”, e scelse di chiamarsi “Conte di chiamarsi “Conte Rumford”Rumford”

Il Conte Rumford, Joule e altri Il Conte Rumford, Joule e altri dimostrarono che il calore dimostrarono che il calore non era non era una sostanzauna sostanza..

© Dario Bressanini

Microscopico La natura particellare

della materia

Macroscopico –

osservazioni o risultati di

esperimenti

Simbolico – Equazioni

matematiche e chimiche

Il livello atomicoIl livello atomicoe molecolare (astratto)e molecolare (astratto)

Come lo Come lo rappresentiamorappresentiamo

Il mondo reale oIl mondo reale oCome lo Come lo VEDIAMOVEDIAMO

Quale modello mentaleviene costruito?

I tre livelli della ChimicaI tre livelli della Chimica


Concetti chimici Concetti chimici fondamentalifondamentali

Struttura e geometria molecolareStruttura e geometria molecolare

Legame ChimicoLegame Chimico Ionico-CovalenteIonico-Covalente Singolo, Doppio, TriploSingolo, Doppio, Triplo

ElettronegativitàElettronegatività

Numero di ossidazioneNumero di ossidazione

Cariche atomicheCariche atomiche

Vibrazioni molecolariVibrazioni molecolariC OO C OO

NON OSSERVABILI SPERIMENTALMENTENON OSSERVABILI SPERIMENTALMENTEConcetti non rigorosiConcetti non rigorosi


Struttura MolecolareStruttura Molecolare


La Chimica al Computer


PPllaattiinnoo


Microscopio ad effetto Microscopio ad effetto tunneltunnel


Reazione di UllmannReazione di Ullmann

Che Che cos’ècos’è e e come è fatta unacome è fatta una

Molecola?Molecola?


Cos’è una molecola?Cos’è una molecola? NaClNaCl è una molecola? è una molecola?

Na e Cl sono Na e Cl sono contenuticontenuti in NaCl? in NaCl?

CHCH22, , HH22OO e e HeHe22 sono molecole? sono molecole?


Che cos’è una molecola?Che cos’è una molecola?

HH22 CC33 c-Cc-C33H H CC55 CC55H H CC66H H CHCH33CC33N N CHCH22CHOH CHOH

AlF AlF CC22HH l-Cl-C33H H CC44HH l-Hl-H22CC44 CHCH22CHCN HCOOCHCHCN HCOOCH33

CHCH22OHCHOOHCHO

AlCl AlCl CC22OO CC33N N CC44SiSi CC22HH44 CHCH33CC22H H CHCH33COOH? COOH?

CC22 CC2S2S CC33O O l-Cl-C33HH22 CHCH33CNCN HCHC55N N CC77H HCOH HCO CH2D+ CH2D+

CH CH CHCH22 CC33S S c-Cc-C33HH22 CHCH33NC NC HCOCHHCOCH33 HH22CC66 CHCH44 CH3SHCH3SH

CH+ CH+ HCNHCN CC22HH22 CHCH22CNCN CHCH33OHOH NHNH22CHCH33 CNCN

c-Cc-C22HH44O O HC3NH+ HC3NH+ HC2CHOHC2CHO

COCO HCOHCO++ HCCN HCCN HCHC33NN NH NH22CHO CHO

COCO++ HCS+HCS+ HCNH+ HCNH+ HC2NC HC2NC C C55N N

CP CP HOC+HOC+ HNCOHNCO HCOOHHCOOH

CSi CSi HH22OO HNCS HNCS H2CHNH2CHN

HCl HCl HH22SS HOCO+ HOCO+ H2C2OH2C2O

KCl KCl HNCHNC HH22COCO H2NCNH2NCN

NHNH HNOHNO H2CN H2CN HNC3HNC3

NO NO MgCNMgCN HH22CSCS SiH4SiH4

Molecole presenti in comete, nebulose, spazio Molecole presenti in comete, nebulose, spazio interstellare… interstellare…


MolecoleMolecole

Sono molecole diverse?Sono molecole diverse?

E queste ?E queste ?

CHCH22Cl-CHCl-CH22ClCl

Che cos’è ilChe cos’è ilLegame Legame

Chimico?Chimico?


Primi modelli di legame Primi modelli di legame chimicochimico

Forze magneticheForze magnetiche ValenzaValenza


Modello di LewisModello di Lewis

Atomo cubicoAtomo cubico


Un Un legame covalentelegame covalente è un legame chimico in cui due o più è un legame chimico in cui due o più elettroni sono condivisi tra più atomielettroni sono condivisi tra più atomi

Perchè due atomi dovrebbero condividere degli elettroni?Perchè due atomi dovrebbero condividere degli elettroni?

F F+

7e- 7e-

F F

8e- 8e-

F F

F F

Struttura di Lewis di FStruttura di Lewis di F22

doppiettidoppiettidoppiettidoppietti

doppiettidoppiettidoppiettidoppietti

Legame singolo covalenteLegame singolo covalente

Legame singolo covalenteLegame singolo covalente

9.4

Legame covalenteLegame covalente


Regola dell’ottettoRegola dell’ottetto


ProblemiProblemi

BeHBeH22 Ottetto incompleto ??Ottetto incompleto ??HH HHBeBe

N – 5eN – 5e--

O – 6eO – 6e--

11e11e--

NONO NN OO Elettroni dispari ??Elettroni dispari ??

OO OO Molecola paramagnetica ??Molecola paramagnetica ??OO22


ProblemiProblemi

II33-- StrutturaStruttura ?? ??

RisonanzaRisonanza ?? ??

NaNa++ più stabile di Na perché “ più stabile di Na perché “raggiunge l’ottettoraggiunge l’ottetto” ??” ??


Modelli AvanzatiModelli Avanzati

Il modello di Lewis ora è usato solamente come ausilio Il modello di Lewis ora è usato solamente come ausilio

graficografico

Il Legame Chimico Il Legame Chimico NONNON è osservabile è osservabile

È necessario utilizzare le leggi È necessario utilizzare le leggi matematichematematiche della della

Meccanica QuantisticaMeccanica Quantistica

Come presentare delle teorie realistiche del legame Come presentare delle teorie realistiche del legame

chimico chimico senzasenza poter usufruire dell’apparato poter usufruire dell’apparato

matematico?matematico?


OrbitaliOrbitali Orbitale = funzione matematica in 3DOrbitale = funzione matematica in 3D

NONNON è una regione di spazio! è una regione di spazio!

222 zyxxye 222 zyxxye


Teorie avanzateTeorie avanzate

VB: Valence Bond (Legame di Valenza)VB: Valence Bond (Legame di Valenza) Orbitali ibridiOrbitali ibridi RisonanzeRisonanze

MO: Molecular Orbitals (Orbitali Molecolari)MO: Molecular Orbitals (Orbitali Molecolari) LCAO, combinazione di orbitali atomiciLCAO, combinazione di orbitali atomici

Teorie Teorie EQUIVALENTIEQUIVALENTI, dal punto di vista , dal punto di vista

matematico, ma che costruiscono matematico, ma che costruiscono rappresentazioni rappresentazioni

mentalimentali diverse. diverse.


ProblemaProblema

Gli orbitali hanno senso fisico solamente per atomi e Gli orbitali hanno senso fisico solamente per atomi e

molecole con un solo elettronemolecole con un solo elettrone

Non è possibile apprezzare la differenza tra le due Non è possibile apprezzare la differenza tra le due

teorie teorie SENZASENZA il necessario apparato matematico il necessario apparato matematico

Vengono spesso confusi e mischiati concetti delle due Vengono spesso confusi e mischiati concetti delle due

teorieteorie

Gli studenti confondo spesso il modello con la realtàGli studenti confondo spesso il modello con la realtà Esempio: Perché il metano CHEsempio: Perché il metano CH44 è tetraedrico? è tetraedrico?

Risposta (Risposta (sbagliatasbagliata): perché il carbonio è ibridizzato sp): perché il carbonio è ibridizzato sp33


Problema: il carbonioProblema: il carbonio C: 1sC: 1s22 2s 2s22 2p 2p22

Anche questo è un Anche questo è un modellomodello!!

Gli elettroni sono Gli elettroni sono INDISTINGUIBILIINDISTINGUIBILI, non esiste , non esiste

l’elettrone 1l’elettrone 1ss

Come costruire CHCome costruire CH44 con il carbonio 1s con il carbonio 1s22 2s 2s22 2p 2p2 2 ?? VBVB: costruiamo ‘: costruiamo ‘orbitali ibridiorbitali ibridi’ = combinazione matematica’ = combinazione matematica

Gli orbitali ibridi Gli orbitali ibridi NONNON corrispondono ad un processo corrispondono ad un processo

fisico, e fisico, e non hanno sensonon hanno senso nella teoria MO! nella teoria MO!


Atomo di CAtomo di C (stato fondamentale) (stato fondamentale)

2s2s

2p2p

En

ergi

aE

ner

gia

1s1s

2s2s

2p2p

1s1s

Atomo di CAtomo di C (promosso) (promosso)

Atomo di Carbonio: Atomo di Carbonio: promozionepromozione


Atomo C Atomo C

(stato fond.)(stato fond.)

En

ergi

aE

ner

gia

1s1s

2p2p

2s2s

spsp33

1s1s

Atomo C Atomo C

(ibridizzato)(ibridizzato)

spsp33

1s1s

Atomo C Atomo C

(in CH(in CH44))

Legami C-HLegami C-H

Atomo di Carbonio: Atomo di Carbonio: IbridazioneIbridazione


Tuttavia, l’ibridazione è solamente una Tuttavia, l’ibridazione è solamente una procedura procedura

matematicamatematica, senza significato fisico, senza significato fisico

Gli orbitali ibridi vengono Gli orbitali ibridi vengono costruiticostruiti appositamente per appositamente per

soddisfare l’immagine mentale del “soddisfare l’immagine mentale del “legamelegame” come ” come

““sovrapposizione di orbitali direzionalisovrapposizione di orbitali direzionali””

MOMO: machisseneimporta dell’orientamento degli : machisseneimporta dell’orientamento degli

orbitali atomici. Si ottiene lo stesso risultato anche orbitali atomici. Si ottiene lo stesso risultato anche

usando gli orbitali originali usando gli orbitali originali ppxx ppyy ppzz e e 22ss

Atomo di Carbonio: Atomo di Carbonio: IbridazioneIbridazione


Problema: doppietti Problema: doppietti elettronicielettronici

HH22OO

spsp33

Densità elettronicaDensità elettronica


Problemi concettualiProblemi concettuali Spesso un legame Spesso un legame viene “ viene “interpretatointerpretato” come due ” come due

legami, uno sopra e uno sotto il piano molecolare...legami, uno sopra e uno sotto il piano molecolare...

...e la risonanza come un ...e la risonanza come un

““alternarsialternarsi” tra due forme” tra due forme


MO: Oracolo QuantisticoMO: Oracolo Quantistico

1s1s22 2s 2s22 2p 2p22

DescrizioneDescrizioneCarbonioCarbonio

1s1s22 2s 2s22 2p 2p22 + 1s + 1s22 2p 2p44

CattivaCattiva

BuonaBuona

1s1s22 2s 2s22 2p 2p22 + 1s + 1s22 2p 2p44 + 1s + 1s22 2p 3d 2p 3d33 MiglioreMigliore

Infiniti termini......Infiniti termini...... PerfettaPerfetta

Come costruire un’immagine mentale della ‘somma’ ?Come costruire un’immagine mentale della ‘somma’ ?


HeHe22 molecola molecola

1s1s

1s1s**

MO e molecola di HeMO e molecola di He22

atomo Heatomo He

1s1s

atomo Heatomo He

1s1sOrdine di legame 0Ordine di legame 0


MO e molecola di HeMO e molecola di He22

Però la molecola HePerò la molecola He2 2 esisteesiste ( (anche se è delicatissimaanche se è delicatissima) )

nonostante il semplice modello MO affermi il nonostante il semplice modello MO affermi il

contrariocontrarioPerché?Perché?

Perché lo dice la matematica della Meccanica Perché lo dice la matematica della Meccanica

Quantistica!Quantistica!


Atomi nelle Molecole (AIM - Atomi nelle Molecole (AIM - Bader)Bader)

Il “legame chimico” Il “legame chimico” non si vedenon si vede nella funzione d’onda nella funzione d’onda

...tuttavia è troppo utile al chimico per abbandonarlo...tuttavia è troppo utile al chimico per abbandonarlo

Viene recuperato attraverso la Viene recuperato attraverso la densità elettronicadensità elettronica


Atomi nelle Molecole Atomi nelle Molecole (Bader)(Bader)

‘‘salta fuorisalta fuori’ il legame ’ il legame

proprio dove il chimico se proprio dove il chimico se

l’aspettal’aspetta

Teoria rigorosa, ma Teoria rigorosa, ma

descrittivadescrittiva e e non predittivanon predittivaCC CC

HH

HHHH

HH

BHBH33


Accuratezza e Accuratezza e RappresentazioneRappresentazione

Più si “Più si “spingespinge” l’accuratezza ” l’accuratezza matematica per ottenere risultati matematica per ottenere risultati confrontabili con gli esperimenticonfrontabili con gli esperimenti ((Calori di reazione, spettri IR, UV, NMR, Calori di reazione, spettri IR, UV, NMR, Costanti di velocitàCostanti di velocità) ) MENOMENO riesco a riesco a ritrovare i concetti di struttura, ritrovare i concetti di struttura, legame semplice e doppio, cariche, legame semplice e doppio, cariche, etc...etc...


Come si può fare?Come si può fare?

La matematica è ora così centrale, così “dentro”, La matematica è ora così centrale, così “dentro”, che senza di essa non possiamo sperare di capire che senza di essa non possiamo sperare di capire la chimicala chimica

C.A.CoulsonC.A.Coulson

La matematica è ora così centrale, così “dentro”, La matematica è ora così centrale, così “dentro”, che senza di essa non possiamo sperare di capire che senza di essa non possiamo sperare di capire la chimicala chimica

C.A.CoulsonC.A.Coulson

La meccanica quantistica è essenzialmente La meccanica quantistica è essenzialmente matematica, e una sua comprensione non è matematica, e una sua comprensione non è possibile senza una conoscenza dei metodi possibile senza una conoscenza dei metodi matematici coinvoltimatematici coinvolti L.PaulingL.Pauling

La meccanica quantistica è essenzialmente La meccanica quantistica è essenzialmente matematica, e una sua comprensione non è matematica, e una sua comprensione non è possibile senza una conoscenza dei metodi possibile senza una conoscenza dei metodi matematici coinvoltimatematici coinvolti L.PaulingL.Pauling

NON SI PUÒ!NON SI PUÒ!


Come si può fare?Come si può fare? Vari studi mostrano come i concetti della MQ, Vari studi mostrano come i concetti della MQ,

introdotti senza introdotti senza l’apparato matematicol’apparato matematico, portano a , portano a

confusione e costruzione di confusione e costruzione di preconcettipreconcetti negli studenti negli studenti

Queste difficoltà Queste difficoltà NONNON derivano da un cattivo derivano da un cattivo

insegnamento o da scarse capacità degli studentiinsegnamento o da scarse capacità degli studenti

Evitare di introdurre gli orbitali, e usare la teoria Evitare di introdurre gli orbitali, e usare la teoria

VSEPRVSEPR per prevedere la geometria molecolare per prevedere la geometria molecolare

Orbitals should be left out Orbitals should be left out

(L.Pauling)(L.Pauling)

La chimica insegnata dovrebbe essere ‘La chimica insegnata dovrebbe essere ‘chimica dei chimica dei

materiali e del mondo intorno a noimateriali e del mondo intorno a noi’’


La Chimica intorno a La Chimica intorno a noinoi


Evoluzione della ScienzaEvoluzione della Scienza

““Ho mal d’orecchioHo mal d’orecchio””

2000 BC2000 BC “ “Tieni, Succhia questa radice miracolosaTieni, Succhia questa radice miracolosa””

10001000 ADAD “ “QuellaQuella radice e’ veleno. Recita questa preghieraradice e’ veleno. Recita questa preghiera””

18501850 ADAD “ “Questa preghiera e’ superstizione.Questa preghiera e’ superstizione. Bevi questa pozione Bevi questa pozione””

19401940 ADAD “ “Questa pozione e’ veleno. Ingoia questa pillolaQuesta pozione e’ veleno. Ingoia questa pillola””

19851985 ADAD “ “Questa pillola non funziona.Questa pillola non funziona. Prendi questo antibiotico Prendi questo antibiotico””

20002000 ADAD “ “ Questo antibiotico non e’ Biologico e Naturale. Questo antibiotico non e’ Biologico e Naturale. Tieni, succhia questa radice ecobiodinamica Tieni, succhia questa radice ecobiodinamica””

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[email protected] Modelli in chimica ovvero non esiste lelettrone 1s Modelli in...

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