1

Legame metallico

Legami deboli

Legame covalente

LegamiLegami

Legame ionico

Legami forti

GENERALITA’ SUI LEGAMI CHIMICI

2

Regola dellRegola dell’“’“ottettoottetto”” ((LewisLewis, 1916), 1916)

BeBe BB CCGli atomi si legano ad altri atomi acquistando, perdendo, mettendo in comune elettroni per assumere negli orbitali esterni una struttura ad ottetto

LiLi

LewisLewis: rappresentazione elettroni di valenza con punti posti ai lati del simbolo chimico dell’atomo

OO FF NeNeNN

Kr

He

Ne

Ar

Xe

Rn

Rb

Li

Na

K

Cs

Fr

Sr

Be

Mg

Ca

Ba

Ra

In

B

Al

Ga

Tl

Fr

I II III

-3e

-2e

-1e

Kr

Ne

Ar

Xe

Rn

Sb

N

P

As

Bi

Se

Te

O

S

Po

Br

I

F

Cl

At

V VI VIIIV

Sn

C

Si

Ge

Pb

4e

3e

2e

1e

3

Cl

[Ne]3s23p5

Cl−

[Ne]3s23p6

Na

[Ne]3s1

Na+

[Ne]

Il legame ionicoIl legame ionico

legame ionico:legame ionico: completo trasferimento di elettone/i da un atomo (metallo M) all’altro (non metallo X) formazione di ioni attrazione elettrostatica tra gli ioni con formazione di un reticolo cristallino solido

Na Cl [Na]+ [ Cl ]−+per MM bassa affinità elettronica

per XX elevata affinità elettronicaFavorito da:

4

E

0r

rm

ener

gia

dile

gam

e

1s 1s

interazioni repulsiveinterazioni attrative

−

−

+ +

5

H H H2

H H+ H H=

Cl Cl

Cl Cl+ Cl Cl=

H Cl HCl

H Cl+ H Cl=

Legame covalenteLegame covalente

Cl2

6

OO O2

O O+ O O=

NN N2

N N+ N N=

7

H

CC

H

HH C2H4

2 C + C C=4HHH

HH

8

DirezionalitDirezionalitàà del legame covalentedel legame covalenteIl numero di coppie di elettroni (sia di legame, sia di non legame) del guscio elettronico di valenza influenza la direzione dei legami covalenti.Secondo teoria VSEPR (valence shell electron pair repulsion) i doppietti elettronici si dispongono in modo da minimizzare le repulsioni elettrostatiche

Be ClCl

180°

C OO

180°

180°

C CH H

B

Cl

Cl Cl120°

SnCl Cl

120°

9

109°28’

C

H

H H

H 107°

NH H

H

104,5°

OH H

10

0

1

2

3

4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90numero atomico Z

Elet

tron

egat

ività

(eV)

F

ClBr

IAt

Li Na K Rb Cs

Fr

H

ElettronegativitElettronegativitàà

H Clδ+ δ−

Misura la capacità di un atomo in una molecola ad attrarre gli elettroni di legame

11

19

K0,8

1

H2,1

3

Li1,0

11

Na0,9

37

Rb0,855

Cs0,7

21

Sc1,3

87

Fr0,7

20

Ca1,0

4

Be1,512

Mg1,2

38

Sr1,056

Ba0,988

Ra0,9

39

Y1,2

22

Ti1,540

Zr1,4

23

V1,641

Nb1,6

72

Hf1,3

73

Ta1,5

24

Cr1,542

Mo1,8

25

Mn1,5 43

Tc1,9

74

W1,7

75

Re1,9

26

Fe1,844

Ru2,2

27

Co1,8

45

Rh2,2

76

Os2,2

77

Ir2,2

28

Ni1,846

Pd2,2

29

Cu1,947

Ag1,9

78

Pt2,2

79

Au2,4

30

Zn1,648

Cd1,780

Hg1,9

31

Ga1,6

5

B2,013

Al1,5

49

In1,781

Tl1,8

32

Ge1,8

6

C2,514

Si1,8

50

Sn1,882

Pb1,9

33

As2,0

7

N3,015

P2,1

51

Sb1,983

Bi1,9

34

Se2,4

8

O3,516

S2,5

52

Te2,184

Po2,0

35

Br2,8

9

F4,017

Cl3,0

53

I2,585

At2,2

57

La1,1

58

Ce1,1

59

Pr1,1

60

Nd1,1

61

Pm1,2

62

Sm1,2

63

Eu1,1

64

Gd1,2

65

Tb1,2

66

Dy1,2

67

Ho1,2

68

Er1,2

69

Tm1,2

70

Yb1,2

71

Lu1,3

89

Ac1,3

90

Th1,5

91

Pa1,7

92

U1,3

93

Np1,3

94

Pu1,3

95

Am1,3

96

Cm1,3

97

Bk1,3

98

Cf1,3

99

Es1,3

100

Fm1,3

101

Md1,3

102

No1,5

3IIIA

4IVA

5VA

6VIA

7VIIA

9 VIII

8 10 11 IB

12 IIB

13 IIIB

14 IVB

15 VB

16 VIB

17 VIIB

1IA

2IIA

ElettronegativitElettronegativitàà (Pauling)

fino a 1

1,5-1,9

2,0-2,9

3,0-4

aumentaaumenta

diminuidce

diminuidce

A causadel raggioatomico

12

prev

ale

cara

ttere

ioni

co

cova

lent

e pu

ro

cova

lent

e po

lare

prev

ale

cara

ttere

cov

alen

te

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

∆ EN

I legami possono avere un carattere misto ionicoI legami possono avere un carattere misto ionico-- covalente a secondacovalente a secondadelldell’’elettronegativitaelettronegativita’’ degli atomi che si legano. degli atomi che si legano.

PercentualePercentuale di carattere ionicodi carattere ionico

13

Molecole polariMolecole polari

δ+ δ-µµ = q = q ·· dd coulomb · m (C · m) [SI]momento dipolare

Debye

1D = 3,33 · 10-30 C · m

molecole biatomiche omonucleari (H2, O2, F2) sono apolari

molecole biatomiche eteronucleari (HCl, NO) sono polari

molecole poliatomiche eteronucleari momento dipolare totale dipende da somma vettoriale di singoli momenti dipolari

Per stabilire se una molecola è polare occorre tenere conto di fattori quali:

Differente elettronegatività degli atomi

Struttura spaziale della molecola

14

3δ+3δ+

Molecole apolari Molecole polariµ = 0 µ ≠ 0

F Be F

C OO

BeF2

CO2

δδ−− 2δ+2δ+ δδ−−

δδ−− 2δ+2δ+ δδ−−

SO2

δδ−−

2δ+2δ+

δδ−−

SOO

BF

F

F δδ−−δδ−−

δδ−−

NH3

δδ−−

3δ+3δ+

δδ−−

NH HH

δδ−−

BF3

CH4

δδ−−

4δ+4δ+

δδ−−

δδ−−

δδ−−C

H HH

HCH3F

δδ−−

4δ+4δ+

δδ−−

δδ−−

δδ−−C

H HH

F

15

C CH

Cl

H

Cl

La polarità influenza comportamento fisico delle molecole

C CCl

H

H

Clcis trans

µ ≠ 0 µ = 0

T eb. di composto cis >T eb composto trans

16

Il carbonio

Si trova pero’ che il Carbonio puo’ legarsi a 2, 3, 4 atomi (che possono essere altriCarboni o atomi diversi) formando angoli di legame precisi e cristalli con proprieta’eterogenee:

In forma pura puo’ legarsi a:

4 atomi Diamante (materiale molto duro, isolante)

3 atomi Grafite (materiale molto soffice, conduttore), fullerene

Quando si lega all’idrogeno (idrocarburi), puo’ accadere che formi composti del tipo:

CnH(2n+2) (alcani) Es. CH4, C2H6, C3H8

Cn H2n (alcheni) Es. C2H4

CnH(2n-2) (alchini) Es. C2H2

Idrocarburi ciclici (aromatici o aliciclici):Es. Benzene (C6H6)

Numero atomico: 6

Configurazione elettronica teorica: C = [He]2s22px12py

1

17

Formazione del legame carbonio-carbonio: legami multipli

fig.1.2: la sovrapposizione orbitalica nel doppio legame carbonio-carbonio [3].

Orbitale Molecolare = combinazione lineare degli orbitali atomici (LCAO)

18

C è tetravalente: quando forma 4 legami uguali, ciò non è spiegabile con la struttura:

90°

X

Yangolo reale molecola H2O = 104,5°

C = [He]2s22px12py

1

O = [He]2s22px22py

12pz1

H = 1s1

H2O

Nelle molecole e negli ioni poliatomici gli elettroni occupano orbitali diversi da quelli atomici orbitali ibridiorbitali ibridi

Orbitali Ibridi

Ci sono solo 2 elettroni spaiati

19

Be = [He]2s2

H = 1s1Ibridizzazione sp: BeH2

sp

2s 2px 2py 2pz

sp

2s

2p 2p

2sp

stato fondamentale Ibrido sp

E

sp sp ss

180°

AB2: lineare

20

Ibridizzazione degli orbitali: sp2

fig.1.1: un atomo di carbonio ibridizzato sp2 [3].

Orbitale ibrido sp2 Vista dall’alto Vista laterale

21

sp3

C = [He]2s22p2

H = 1s1

2s

Ibridizzazione sp3: CH4

Ibrido sp3stato fondamentale

E

2s

2p

2px 2py

AB4: tetraedrica

109°28’

2pz

22

AX2B2: tetraedrica

Ibridizzazione sp3: H2O

104°28’2s

2p

sp3

stato fondamentale Ibrido sp3

E

23

E

2s

2p

stato fondamentale

Ibrido sp3

sp3

Ibrido sp

2p

sp

Ibrido sp2

2p

sp2

c c c c c1σ1π

134 pm1σ

154 pm

1σ 2π

120 pm

C2H2 C2H4 CH4Esempi:

24

90°, 90°

90°, 120°

109,28°

120°

180°

angoloangolo

1s, 3p, 2d

1s, 3p, 1d

1s, 3p

1s, 2p

1s, 1p

orbitali orbitali atomici atomici

impiegatiimpiegati

3dottaedrica6dd22spsp33

4dbipiramidaletrigonale

5dspdsp33

_tetraedrica4spsp33

1pplanare trigonale

3spsp22

2plineare2spsp

orbitali orbitali atomici non atomici non

utilizzatiutilizzati

geometriageometriann°°orbitaliorbitaliibridiibridi

orbitali orbitali ibridiibridi

25

C C

H

H

H

H

legame π

legame σ legame σ

C CH

H

H

H

HH C C H

H

Ibridazionesp2

26

legame π

legame σ

legame π

H HC C

C CH HH C C H

legame σ

Ibridazionesp

27

Effetto dei sostituenti sugli angoli di legameEffetto dei sostituenti sugli angoli di legame

112°109°28'

CH

HH

H Cl Cl

110°30’

δ+

δ−

CH

HH

CH

HCl

δ+

δ−

δ−

107°

NH

HH

O

HH104°5'

NH3H2O

CH4 CH3Cl CH2Cl2

28

RisonanzaRisonanza

Molecola reale:Molecola reale: rappresentata da entrambe le strutture: ibrido di risonanzaibrido di risonanza tra le varie formule di struttura indicate come formule limiteformule limite.

molecolareale

formula limite

formula limite

CC

H

C

CC

H

CH

HH

H

CC

H

C

CC

H

CH

HH

H

CC

H

C

CC

H

CH

HH

HC6H6

CC

H

C

CC

H

CH

HH

H

29

NCO− N C O-2 +1-1

N C O-1

N C O

O P OO

OPO43−

O P OO

O

O P OO

O

O P OO

O-1

-1

-1

-1

-1

-1 -1

-1

-1

-1

-1

-1

CC

H

C

CC

H

CH

HH

H

CC

H

C

CC

H

CH

HH

H

CC

H

C

CC

H

CH

HH

HC6H6

CC

H

C

CC

H

CH

HH

H