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ORBITALI IBRIDIORBITALI IBRIDI

CHIMICACHIMICA

Prof. Patrizia Prof. Patrizia MOSCATELLIMOSCATELLI

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scuolascuolaLiceo statale “Volterra” – Liceo statale “Volterra” –

Ciampino(RM)Ciampino(RM)

II Liceo SCIENZE APPLICATEII Liceo SCIENZE APPLICATE

Gli elementiI sistemi biologici concentrano certi elementi e ne

rifiutano altri, e questi processi possono richiedere energia.

C’è una selezione naturale degli elementi. – Quattro elementi (H, O, C, N) sono quelli base,

>99% del numero di atomi– Altri 7 elementi (Na, K, Ca, Mg, P, S e Cl) sono

assolutamente essenziali, 0.9% del numero di atomi

– Altri elementi (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) sono necessari in alcune specie.

Presenza di elementi nel corpo umanoIl 99% della massa corporea umana è costituita da sei elementi: ossigeno, carbonio,

idrogeno, azoto, calcio e fosforo.

Elemento Percentuale di massa

Ossigeno 65

Carbonio 18

Idrogeno 10

Azoto 3

Calcio 1.5

Fosforo 1.2

Potassio 0.2

Zolfo 0.2

Cloro 0.2

Sodio 0.1

Magnesio 0.05

Ferro, Cobalto, Rame, Zinco, Iodio <0.05 ciascuno

Selenio, Fluoro <0.01 ciascuno

Riprendiamo i legami……Tra due atomi si forma un legame covalente quando si ha sovrapposizione di legami atomici e la coppia di elettroni condivisi ha la massima probabilità di essere localizzata tra i due nuclei.

In generale tutti i legami singoli formati dalla sovrapposizione FRONTALE di orbitali s o p o ibridi sono LEGAMI SIGMA

Il legame di tipo σ (sigma), avviene tra due atomi che mettono in comune un elettrone ciascuno (avendo tali elettroni spin opposti) e si forma con la sovrapposizione degli orbitali più esterni

Se la sovrapposizione dei due orbitali avviene LATERALMENTE si ha sempre un legame covalente di tipo π (pi greco) (lo si ha solo dopo un legame sigma) Il legame risultante si estende al di sopra e al di sotto il piano in cui giace il legame σ che congiunge i due stessi nuclei.

Ma come fa il C a fare illimitati composti?

La struttura elettronica esterna del carbonio (C ) è s2p2

Ma questa configurazione non spiega la struttura dei composti del carbonio.

Ad esempio nel metano il carbonio forma quattro legami C-H identici.

2s 2p

Come è possibile dato che orbitali del carbonio ss e pp hanno energie diverse ?

H

C

H

HH

TEORIA DELL’IBRIDAZIONE

s p

La soluzione sta nella

IBRIDAZIONE DEGLI ORBITALIIBRIDAZIONE DEGLI ORBITALIcioè

+ =sp spSi prendono

degli orbitali con differente

energia

Si trasformano in un ugual numero

di orbitali isoenergeticiisoenergetici

dove gli elettroni si distribuiscono uniformemente

Il totale dell’energia degli orbitali ibridi è =

al totale dell’energia degli orbitali non ibridiL’ibridazione di orbitali atomici è un processo che richiede energia, ma aumentando il numero di elettroni “spaiati” su altrettanti orbitali ibridi, aumenta il numero dei legami covalenti che quell’atomo può formare.

Quindi l’energia spesa inizialmente viene recuperata con gli interessi.

L’IBRIDAZIONE avviene in due

fasi:

Se prendiamo ad esempio il Carbonio, l’elemento deve passare allo stato eccitato "promuovendo" un elettrone dall'orbitale 2s nell'or-bitale 2p vuoto (eccitazione), così da assumere una configurazione elettronica esterna di tipo: 2s 2p3. Questa operazione richiede una spesa energetica (circa 96 kcal/mole) ampiamente compensata dalla possibilità di formare due ulteriori legami (ad esempio, l'energia di un legame C-H è circa 100 kcal/mole).

In questo modo, abbiamo, non più due elettroni spaiati in grado di formare due legami, bensì quattro, e quindi la possibilità di realizzare altrettanti legami con altri atomi.

Promozione elettronica

A questo punto, siamo in grado di spiegare la formazione dei 4 legami covalenti con i 4 atomi di H, ma non la perfetta equivalenza degli stessi; infatti:

3 legami cova-lenti derivereb-bero dalla so-vrapposizione di ciascun orbitale 2p del C con l’or-bitale 1s di cia-scun atomo di H;

1 legame covalente deriverebbe dalla sovrapposizione dell’orbitale 1s di un atomo di H con l’orbitale 2s dell’atomo di C

IBRIDAZIONE sp

L’ orbitale s e l’or-bitale p danno 2 orbitali ibridi, a energia e forma intermedia rispet-

to agli originali, che si dispongono a 180° di distanza l’uno dall’altro

L’orbitale 2s si combina con 1 solo dei 3 orbitali 2p.

I 2 orbitali p non ibridi si disporran-no su piani perpendicolari rispetto a quello degli orbitali ibridi

IBRIDAZIONE sp2

L’ orbitale s ed i 2 orbitali p danno 3 orbitali ibridi, a energia e formaintermedia rispetto agli originali. Si di-spongono a 120° di distanza l’uno dal-

l’altro.

L’orbitale 2s si combina con 2 dei 3 orbitali 2p.

L’orbitale p non ibrido si disporrà su un piano perpendicolare rispetto a quello degli orbitali ibridi

IBRIDAZIONE sp3

L’ orbitale s ed i 3 orbitali p danno 4 orbitali ibridi, a energia e forma

intermedia rispetto agli originali. Si dispongono ai vertici di un tetraedro, a 109° di distanza l’uno dall’altro.

L’orbitale 2s si combina con tutti e 3 gli orbitali 2p.

Esempio del CARBONIOIl carbonio ha tre tipi di ibridazione

sp3spsp33

quattro orbitali ibridi

spsp22 tre orbitali ibridi ed un orbitale p non ibrido

sp2 p

spspdue orbitali ibridi e due orbitali p non ibridi

sp p

Perché esistono ibridazioni sp2 e sp che lasciano orbitali p non ibridati?

Perché gli orbitali pp servono per formare i legami quindi

ogni volta che abbiamo doppi legami doppi legami sappiamo che un legame è ed uno è

l’ibridazione del carbonio sarà

Il carbonio forma sempre quattro legami covalenti:4 legami con ibridazione sp3

3 legami ed uno con ibridazione sp2

2 legami e due con ibridazione sp

spsp22 se vi è un solo doppio legamespsp se vi sono due doppi legami

RIASSUMENDO

determinando

nuova formanuova forma

diversa orientazionediversa orientazione

perpendicolari al piano dei legami

gli orbitali ibridi

gli orbitali p liberi. formano

formano solo legami

legami

Ibridazione dell’orbitale sIbridazione dell’orbitale s

1 orbitali p1 orbitali p2 orbitali p2 orbitali p3 orbitale p3 orbitale p

concon

4 orbitali sp3

4 legami a 109°tetraedro

4 legami a 109°tetraedro

3 orbitali sp2 +1 orbitale p

3 legami a 120°complanari + 1 legame

3 legami a 120°complanari + 1 legame

2 orbitali sp +2 orbitale p

2 legami a 180°complanari + 2 legame

2 legami a 180°complanari + 2 legame