Forze repulsive tra i due nuclei e fra le nuvole elettroniche

Forze attrattive tra i due nuclei

e fra le nuvole

elettroniche

E= energia elettronica

: andamento dell’energia in funzione della distanza r tra due atomi

A B

r0

r > r0

r < r0

r0 è la distanza di equilibrio fra due atomi A e B e definisce la lunghezza del legame AB

E’ un valore medio

Le moderne teorie del legame chimico ci permettono Le moderne teorie del legame chimico ci permettono di avere informazioni sulla:di avere informazioni sulla:

formula chimica di un composto e sua relazione con le strutture elettroniche degli atomi costituenti.

valore dell’energia di formazione dei legami chimici

geometria molecolare (es. CO2, H2O, NH3, …)

1eV= 23.053 Kcal/mol

Energia media del legame O-H: 918/2= 459 kJ/mol.

1 Å = 10-10 m = 10– 8 cm

1 Å = 0.1 nm = 100 pm

E’ un valore medio

• Energia di legame: energia necessaria per rompere il legame stesso e portare i due atomi a distanza infinita (kJ/mol, kcal/mol, eV/mol).

• Distanza di legame: viene definita come la distanza fra due nuclei di due atomi A, B in una molecola o fra due ioni A-, B+ in un cristallo ionico (nm, Ǻ). E’ un valore medio.

• Angolo di legame: è l’angolo interno definito dai segmenti congiungenti il nucleo dell’atomo centrale con quello di due altri atomi ad esso legati (θ). E’ un valore medio.

• Regola dell’ottetto: raggiungimento della configurazione elettronica s2p6, a basso contenuto energetico (seguita dagli elementi del secondo periodo, ed in particolare da C, N, O e F, che formano tantissimi composti chimici).

• Energia di ionizzazione (Ei): esprime il valore dell’energia necessaria per togliere un elettrone dall’atomo isolato a 0 K, e portarlo a distanza infinita, a stato di energia cinetica nulla (kJ/mol, eV/mol). Ei è sempre > 0.• Affinità per l’elettrone (Ea): variazione dell’energia di una mole di atomi isolati, a 0 K, per l’acquisto di una mole di elettroni (un elettrone per ciascun atomo) (kJ/mol). L’energia liberata è tanto maggiore quanto maggiore è la tendenza dell’atomo ad acquistare l’elettrone e misura l’affinità dell’elettrone per l’atomo stesso.

Un unico punto rappresenta un elettrone che occupa da solo un orbitale.

I due punti rappresentano i due elettroni che occupano lo stesso orbitale.

Formazione dei legami chimici con atomi di H

Nella descrizione di un legame chimico vedremo il ruolo svolto dagli “ELETTRONI DI VALENZA”, cioè gli elettroni

più sterni di un atomo.

Essi influenzano la forza dei legami (valenza dal latino valeo = sono forte)

Mediante i legami chimici gli atomi o gli ioni si uniscono in strutture più complesse

formando composti molecolari e ionici.

Il legame ionico è l’attrazione che si stabilisce per effetto delle cariche opposte di cationi e anioni

e-

Na+

Na Cl

Cl-

Quando un atomo di Na ed uno di Cl si avvicinano, ad

un certo punto risulta energeticamente favorito il passaggio di un elettrone

dall’atomo di Na a quello di Cl

Ipotetica formazione di un legame Na-Cl

Liberazione di energia

Eion(Na) = 5.14 eV= 118 kcal/mol

Ea.e.(Cl) = -3.82 eV= - 88 kcal/mol

Ecoulomb= - e2/r

30 kcal/mol

Energia necessaria per formare una

mole di ciascuno ione

Se gli ioni si trovano a grande distanza non possono interagire e l’energia potenziale derivante dall’attrazione

elettrostatica è nulla.

Quando i due ioni sono a contatto la loro energia potenziale assume un valore negativo quindi, alla fine del processo di

formazione del legame ionico, vi è una considerevole diminuzione di energia che favorisce la formazione della

coppia ionica.

La teoria di Lewis non da alcuna informazione sulla energia messa in gioco nel processo di formazione del legame ionico. A

questo scopo si utilizza il ciclo di Born-Haber.

Formazione di un solido ionico

Con il ciclo di Born-Haber si analizzano le variazioni di energia che si accompagnano alla formazione di un

solido ionico:

• La reazione chimica di formazione viene scomposta in diversi stadi, ad ognuno dei quali viene associata una

variazione di energia.

• Sommando le variazioni parziali possiamo determinare la variazione complessiva di energia del processo in

esame.

a 25°C

Misura la stabilità del composto NaCl rispetto agli elementi costituenti

E=+ 376 KJ/mol

Vari stadi della reazione:

Energia reticolare: variazione di energia che si accompagna alla trasformazione del solido in un gas

costituito dai suoi ioni

NaCl(s) Na+ (g) + Cl- (g)

Ha valore positivo perché bisogna somministrare calore per separare gli ioni del solido.

Quindi:

Na(s) + ½ Cl2(g) Na+ (g) + Cl-(g) +376 kJ/mol

Na+ (g) + Cl- (g) NaCl (s) - 787 kJ/mol

Na(s) + 1/2Cl(g) NaCl (s) - 411 kJ/mol

Reazione fortemente endotermica

• L’energia reticolare è una misura della forza di un legame ionico.

•Il valore di E0 non si può calcolare sperimentalmente.

• un legame ionico è presente ogni qual volta partecipa al legame un elemento del blocco s (fatta

eccezione per H e Be)