I legami chimici

Materie:	Altro
Categoria:	Chimica
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Data:	14.02.2007
Numero di pagine:	7
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Legami Chimici Principali e Secondari
ARGOMENTI:
• i gas nobili e la regola dell'ottetto;
• legame covalente;
• legame multiplo;
• legame covalente-dativo;
• legame ionico;
• Geometria molecolare;
• Orbitali ibridi;
• Legami tra molecole nei vari stati di aggregazione della materia.
- Legame chimico. Gas nobili e la regola dell'ottetto. Energia di legame
In natura sono rari gli elementi che esistono allo stato di atomi isolati. Gli atomi della maggior parte degli elementi, infatti, si combinano con atomi della stessa specie per dar luogo a molecole di elementi oppure con atomi di altri elementi per dar luogo a molecole di composti.
Esistono alcuni elementi, abbastanza rari, appartenenti all'ottavo gruppo della tavola periodica, che per la loro scarsa reattività chimica sono chiamati gas nobili o gas inerti.
Esaminando la loro configurazione elettronica esterna si osserva che essa è del tipo s 2 p6 perché otto sono gli elettroni nell’ultimo livello di valenza. Tale configurazione detta ottetto, conferisce agli atomi che la posseggono una particolare stabilità e quindi una spiccati inerzia chimica. Gli atomi che non hanno tale configurazione tendono ad acquisirla legandosi con altri atomi in modo da modificare il loro assetto elettronico, renderlo simile a quello del gas nobile che precede o segue l’atomo considerato.
Legame Covalente. Legame Ionico. Elettronegativita’
Un legame covalente si forma quando due atomi mettono in comune una coppia di elettroni. Per esempio due atomi di idrogeno H sono uniti da un legame covalente nella molecola H2.
Un legame ionico si forma tra due atomi che hanno differente affinità elettronica e differenti energie di ionizzazione.
Una situazione di questo tipo consente ad un atomo di trasferire uno o più elettroni all’altro. Ad esempio il sodio Na è così differente dal cloro Cl che non è possibile per le due specie condividere ugualmente i loro elettroni in NaCl (cloruro di sodio).
Il sodio ha bassa affinità elettronica e bassa energia di ionizzazione, per cui può formare facilmente ioni Na+, l’atomo di cloro ha alta affinità elettronica ed alta energia di ionizzazione ed ha tendenza ad acquistare elettroni più che a perderli. Il risultato è la formazione di un legame ionico in NaCl in cui l'elettrone di valenza 3 s del sodio è trasferito nell'orbitale semi pieno 3p del cloro.
Il legame nella molecola dell'acido fluoridrico HF invece non è covalente né ionico. La domanda che ci poniamo è la seguente: quale dei due atomi ha maggiore attrazione per la coppa di elettroni?
Per dare una risposta a questa domanda Pauling definì una quantità chiamata elettronegatività.
L'elettronegatività misura l'attrazione di un atomo per gli elettroni in un legame che esso forma con un altro atomo. In HF gli elettroni di legame sono attratti dall'atomo di fluoro F che ha una maggiore elettronegatività.
Diciamo allora che l'acido fluoridrico HF ha un parziale carattere ionico HD+ F -, che dipende dalla differenza di elettronegavità degli atomi coinvolti.
Legame Multiplo. Legame Covalente Dativo
Per alcuni atomi la configurazione elettronica stabile dei gas nobili può essere raggiunta condividendo più di una coppia di elettroni, in questo caso nella molecola può essere presente un doppio legame se sono condivise due coppie di elettroni o un triplo legame se ne sono condivise tre (Es. N2;O2).
I legami finora studiati sono ottenuti mediante l'accoppiamento di due elettroni spaiati provenienti ciascuno da un atomo diverso. Quando, invece, i due elettroni che formano il legame provengono da uno dei due atomi, il legame viene denominato legame covalente dativo.
Tale legame viene simboleggiato con una freccia che parte dall'atomo "donatore" e si dirige verso l'atomo "accettore ".
L'atomo "donatore" deve possedere almeno un doppietto di elettroni non condiviso come, ad esempio, la coppia non condivisa nell' azoto dell'ammoniaca: NH3, mentre l'atomo "accettore" deve possedere un orbitale vuoto, ad esempio, lo ione idrogeno H+ con il suo orbitale vuoto.
Un esempio di legame dativo è la formazione dello ione ammonio NH4+che può essere così schematizzata:
+
H

H H N: + H+ H N H

H
Geometria Molecolare. Orbitali Ibridi

Dal momento che molte proprietà fisiche e chimiche dipendono dalla disposizione spaziale che gli atomi assumono nella molecola, è interessante studiare più da vicino la geometria molecolare.
Esiste un modo semplice basato più che altro su considerazioni intuitive che ci permette di prevedere quale è l'assetto più idoneo che gli atomi devono assumere perché la molecola raggiunga la massima stabilità.
Tale teoria, denominata teoria della repulsione delle coppie di elettroni del livello di Valenza, si indica con la sigla VSEPR.
L'ibridazione dei legami è un ulteriore strumento indispensabile agli studenti per completare le loro conoscenze sia della struttura elettronica sia della struttura geometrica delle molecole. Essa spiega perché molti atomi formano un numero di legami superiori al numero di elettroni spaiati posseduti (Es. : BeCl2 - BCl3 - CCl4).

Altri tipi di legami
Legame metallico: un pezzo di metallo puro può essere considerato costituito da un numero di atomi che hanno la stessa configurazione elettronica esterna.
Tali atomi avendo basso potenziale di prima ionizzazione tenderanno a perdere con facilità i loro elettroni di Valenza. In tal modo essi si distribuiranno sotto forma di file regolari di ioni positivi sovrapposte, tra le quali gli elettroni di Valenza espulsi saranno liberi di muoversi. Questo flusso di elettroni determina ciò che viene definito legame metallico.
Interazioni dipolo-dipolo: la presenza di un legame covalente polare può conferire a una molecola una struttura di polare con la presenza di una parziale carica positiva (a+) e una parziale carica negativa ()-). La parte positiva di queste molecole di polari attrae quella negativa di un'altra qualsiasi molecola provocando un'interazione elettrostatica.
Legame a idrogeno: il legame a idrogeno è un caso particolare di interazione dipolo-dipolo che riguarda molecole che portano atomi di idrogeno legati ad atomi fortemente elettronegativi F (fluoro), O (ossigeno), N (azoto). In questo caso le attrazioni tra i dipoli sono particolarmente forti tali da essere chiamati legami a idrogeno.
L'atomo di idrogeno, a causa della sua elevata densità di carica positiva provoca la formazione di veri e propri ponti tra una molecola dell'atomo più elettronegativo di un'altra.
Forze di Van Der Waals: nei composti polari la distribuzione delle cariche è simmetrica, ammettendo infatti che gli elettroni di tali molecole si muovono ad ogni istante, questa distribuzione può essere alterata provocando un piccolo dipolo ( dipolo momentaneo) che influirà a sua volta sulla distribuzione elettronica di una seconda molecola vicina che acquisterà cariche dipolari (dipolo indotto).

ESPERIMENTI:
• Dissoluzione ( solvatazione o idratazione) di NaCl in acqua;
• Dissoluzione di zucchero in acqua;
• Ionizzazione di acido cloridrico HCl in acqua;
• Conducibilità delle soluzioni: elettroliti(NaCl), non elettroliti (zucchero);
ESPERIMENTI
Dissoluzione (solvatazione o idratazione) di NaCl in acqua
Le particelle che costituiscono le unità strutturali del solido cristallino sono saldamente aggregate tra di loro e disposte con grande simmetria e regolarità in una intelaiatura geometrica ben definita; appena il cristallo, però, viene a contatto con l'acqua, le sue unità strutturali vengono aggredite dalle molecole d'acqua che le circondano, esercitando delle forze attrattive talmente forti da separarle fino alla completa disgregazione del cristallo.
Per vincere le potenti forze elettrostatiche che tengono uniti gli ioni nel reticolo cristallino occorre come si è detto una grande quantità di energia.
In generale, soltanto l'acqua e pochi altri solventi polari sono in grado di sciogliere una certa quantità di composto ionico.
Sappiamo che le molecole dell'acqua, essendo polari, dando una estremità positiva ed una negativa; ci sarà, pertanto, un'attrazione elettrostatica tra uno ione positivo e la parte terminale negativa della molecola d'acqua e tra uno ione negativo e la parte positiva della molecola d'acqua. A questo tipo di forze attrattive di impedire date il nome di legame ione-dipolo. Ogni ione, circondato da un gruppo di molecole di solvente si dice solvatato e, in particolare, quando il solvente è l'acqua si dice che è idratato.
Dissoluzione di zucchero in acqua
Le molecole di zucchero, sono uniche tra di loro, analogamente alle molecole di acqua, da forti legami a idrogeno.
Pertanto, è possibile immaginare che nuovi ponti a idrogeno possano instaurarsi tra le molecole dello zucchero e le molecole di acqua, a scapito dei legami a idrogeno che tengono unite le molecole nel reticolo cristallino.
La formazione di queste interazioni soluto-solvente provoca la distruzione del reticolo cristallino e la dissoluzione dello zucchero.

Conducibilità

Se emergiamo in acqua distillata due barrette di rame (elettrodi) e le colleghiamo ad una normale pila, ci accorgiamo che la lampadina inserita nel circuito non si accende: ciò significa che l'acqua pura non conduce la corrente elettrica.
Se all'acqua aggiungiamo un cucchiaino di zucchero nel circuito continua a non passare corrente.
Se però all'acqua aggiungiamo una piccola quantità di NaCl il comune sale da cucina, allora noteremo che la lampadina si accende: ciò significa che la soluzione di cloruro di sodio conduce la corrente elettrica.
Appena il cristallo di NaCl viene a contatto con l'acqua le sue unità strutturali vengono circondate dalle molecole d'acqua, che esercitano delle forze attrattive talmente forti da separarle le une delle altre fino alla completa disgregazione del cristallo.
Il cristallo adesso non è più visibile, ma ai suoi i ioni si trovano dispersi nell'intero volume del solvente, ognuno circondato da un certo numero di molecole d’acqua.
Gli ioni, infatti sono particelle cariche, positive e negative, che grazie alla libertà di muoversi di cui sono dotati, possono migrare verso gli elettrodi consentendo il passaggio di corrente.
In particolare, gli ioni positivi (Na+)migrano verso l'elettrodo negativo (catodo), gli ioni negativi (Cl-) migrano verso l'elettrodo positivo (anodo).
Lo zucchero, poiché non da luogo alla formazione di ioni in soluzione, non permette il passaggio della corrente.
Ionizzazione
L'acido cloridrico (HCl) che è una sostanza molecolare, conduce la corrente elettrica al pari del cloruro di sodio (NaCl).
L'acido cloridrico è un gas composto da molecole con legami covalenti polari; quando esso viene disciolto in acqua, l'interazione tra i suoi dipoli e quelli dell'acqua, fa sì che i legami covalenti H l-- Cl -+ si polarizzino ulteriormente sino a diventare veri e propri legami ionici.
In questo caso, quindi, l'acqua ha fatto qualcosa di più: ha trasformato il composto covalente polare in composto ionico, il quale, a sua volta, si dissocia in ioni, che sono i responsabili della conducibilità elettrica.
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