clicca qui

per andare avanti

clicca qui per tornare

indietro

Dagli elementi alle sostanze

Un percorso avventuroso per comprendere quali sono i

principi che determinano le proprietagrave chimico-fisiche delle

sostanze

Prof PANARONI ALESSANDRO

ITIS E MATTEI - URBINO

Comprensione delle Comprensione delle proprietagrave proprietagrave macroscopichemacroscopichebull Le proprietagrave macroscopiche delle sostanze Le proprietagrave macroscopiche delle sostanze

che ci circondano dipendono strettamente da che ci circondano dipendono strettamente da come interagiscono gli atomi che le come interagiscono gli atomi che le costituiscono ovvero dai tipi di legame che costituiscono ovvero dai tipi di legame che essi formanoessi formano

bull Studiando i legami saragrave possibile risalire in Studiando i legami saragrave possibile risalire in prima approssimazione a polaritagravesolubilitagrave prima approssimazione a polaritagravesolubilitagrave stato fisico conducibilitagrave elettrica durezza stato fisico conducibilitagrave elettrica durezza cristallinitagrave allo stato solidocristallinitagrave allo stato solido

bull Possiamo raggruppare le sostanze che ci Possiamo raggruppare le sostanze che ci circondano in base ai legami che formano e circondano in base ai legami che formano e alle loro proprietagravealle loro proprietagrave

Le tipologie di Le tipologie di sostanzesostanzebull Sostanze MetallicheSostanze Metalliche Fe Ag Cu leghehellipFe Ag Cu leghehellip

bull Sostanze ReticolariSostanze Reticolari grafite diamante grafite diamante

quarzohellip quarzohellip

bull Sostanze IonicheSostanze Ioniche NaCl KNONaCl KNO33

bull Sostanze MolecolariSostanze Molecolari HH22 O O2 2 H H22O COO CO2 2

CC66HH1212OO6 6

Sostanze metallicheSostanze metalliche

CARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull Atomi legati con Legame MetallicoAtomi legati con Legame Metallico

bull Metalli e leghe metallicheMetalli e leghe metalliche

bull Impariamo quindi a distinguere tra Li Impariamo quindi a distinguere tra Li (che forma il L Metallico) e Li(che forma il L Metallico) e Li++ Al Al (che forma il L Metallico) ed Al(che forma il L Metallico) ed Al3+3+ Fe Fe (che forma il L Metallico) e Fe(che forma il L Metallico) e Fe2+ 2+ o o FeFe3+3+ ecchellip ecchellip

Sostanze metallicheSostanze metalliche

ProprietagraveProprietagravebull Temperature di fusione e ebollizione Temperature di fusione e ebollizione

generalmente elevate (solidi a T ambiente)generalmente elevate (solidi a T ambiente)bull Se solidi possiedono strutture cristallineSe solidi possiedono strutture cristallinebull Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica

altaaltabull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabilibull Possiedono una caratteristica lucentezza (alto Possiedono una caratteristica lucentezza (alto

potere riflettente)potere riflettente)bull Insolubili in acqua e in altri solventiInsolubili in acqua e in altri solventi

Sostanze metallicheSostanze metallicheModello del legame metallicoModello del legame metallicobull ldquoldquoMarerdquo di elettroni di valenza molto mobili e Marerdquo di elettroni di valenza molto mobili e

delocalizzatidelocalizzatibull Cationi disposti secondo un reticolo ordinatoCationi disposti secondo un reticolo ordinato

Modello semplificato di reticolo metallico (ioni positivi immersi in un ldquomare di elettronirdquo dotati di discreta

mobilitagrave)

Sostanze metallicheSostanze metallicheProprietagrave SPIEGAZIONIProprietagrave SPIEGAZIONIbull TTfusfus elevate dovute alla elevate dovute alla

forza elevata del legameforza elevata del legamebull Cristalli dovuti allrsquoordine Cristalli dovuti allrsquoordine

con cui si dispongono gli con cui si dispongono gli ioni positiviioni positivi

bull Conducibilitagrave elettrica Conducibilitagrave elettrica alta gli elettroni possono alta gli elettroni possono muoversi facilmentemuoversi facilmente

bull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabili(vedi figura)(vedi figura)

Sostanze reticolariSostanze reticolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull atomi legati tramite legami di natura atomi legati tramite legami di natura

covalentecovalentebull nel cristallo non sono individuabili singole nel cristallo non sono individuabili singole

molecole (il cristallo puograve essere visto come molecole (il cristallo puograve essere visto come unrsquounica macromolecola)unrsquounica macromolecola)

bull Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave molto elevatamolto elevatandash Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con

densitagrave 351 gcm3densitagrave 351 gcm3

bull Il carburo di silicio (Il carburo di silicio (SiCSiC carborundumcarborundum) ) quarzohellip hanno una struttura simile a quella quarzohellip hanno una struttura simile a quella del diamantedel diamante

Sostanze reticolariSostanze reticolari

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Comprensione delle Comprensione delle proprietagrave proprietagrave macroscopichemacroscopichebull Le proprietagrave macroscopiche delle sostanze Le proprietagrave macroscopiche delle sostanze

che ci circondano dipendono strettamente da che ci circondano dipendono strettamente da come interagiscono gli atomi che le come interagiscono gli atomi che le costituiscono ovvero dai tipi di legame che costituiscono ovvero dai tipi di legame che essi formanoessi formano

bull Studiando i legami saragrave possibile risalire in Studiando i legami saragrave possibile risalire in prima approssimazione a polaritagravesolubilitagrave prima approssimazione a polaritagravesolubilitagrave stato fisico conducibilitagrave elettrica durezza stato fisico conducibilitagrave elettrica durezza cristallinitagrave allo stato solidocristallinitagrave allo stato solido

bull Possiamo raggruppare le sostanze che ci Possiamo raggruppare le sostanze che ci circondano in base ai legami che formano e circondano in base ai legami che formano e alle loro proprietagravealle loro proprietagrave

Le tipologie di Le tipologie di sostanzesostanzebull Sostanze MetallicheSostanze Metalliche Fe Ag Cu leghehellipFe Ag Cu leghehellip

bull Sostanze ReticolariSostanze Reticolari grafite diamante grafite diamante

quarzohellip quarzohellip

bull Sostanze IonicheSostanze Ioniche NaCl KNONaCl KNO33

bull Sostanze MolecolariSostanze Molecolari HH22 O O2 2 H H22O COO CO2 2

CC66HH1212OO6 6

Sostanze metallicheSostanze metalliche

CARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull Atomi legati con Legame MetallicoAtomi legati con Legame Metallico

bull Metalli e leghe metallicheMetalli e leghe metalliche

bull Impariamo quindi a distinguere tra Li Impariamo quindi a distinguere tra Li (che forma il L Metallico) e Li(che forma il L Metallico) e Li++ Al Al (che forma il L Metallico) ed Al(che forma il L Metallico) ed Al3+3+ Fe Fe (che forma il L Metallico) e Fe(che forma il L Metallico) e Fe2+ 2+ o o FeFe3+3+ ecchellip ecchellip

Sostanze metallicheSostanze metalliche

ProprietagraveProprietagravebull Temperature di fusione e ebollizione Temperature di fusione e ebollizione

generalmente elevate (solidi a T ambiente)generalmente elevate (solidi a T ambiente)bull Se solidi possiedono strutture cristallineSe solidi possiedono strutture cristallinebull Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica

altaaltabull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabilibull Possiedono una caratteristica lucentezza (alto Possiedono una caratteristica lucentezza (alto

potere riflettente)potere riflettente)bull Insolubili in acqua e in altri solventiInsolubili in acqua e in altri solventi

Sostanze metallicheSostanze metallicheModello del legame metallicoModello del legame metallicobull ldquoldquoMarerdquo di elettroni di valenza molto mobili e Marerdquo di elettroni di valenza molto mobili e

delocalizzatidelocalizzatibull Cationi disposti secondo un reticolo ordinatoCationi disposti secondo un reticolo ordinato

Modello semplificato di reticolo metallico (ioni positivi immersi in un ldquomare di elettronirdquo dotati di discreta

mobilitagrave)

Sostanze metallicheSostanze metallicheProprietagrave SPIEGAZIONIProprietagrave SPIEGAZIONIbull TTfusfus elevate dovute alla elevate dovute alla

forza elevata del legameforza elevata del legamebull Cristalli dovuti allrsquoordine Cristalli dovuti allrsquoordine

con cui si dispongono gli con cui si dispongono gli ioni positiviioni positivi

bull Conducibilitagrave elettrica Conducibilitagrave elettrica alta gli elettroni possono alta gli elettroni possono muoversi facilmentemuoversi facilmente

bull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabili(vedi figura)(vedi figura)

Sostanze reticolariSostanze reticolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull atomi legati tramite legami di natura atomi legati tramite legami di natura

covalentecovalentebull nel cristallo non sono individuabili singole nel cristallo non sono individuabili singole

molecole (il cristallo puograve essere visto come molecole (il cristallo puograve essere visto come unrsquounica macromolecola)unrsquounica macromolecola)

bull Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave molto elevatamolto elevatandash Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con

densitagrave 351 gcm3densitagrave 351 gcm3

bull Il carburo di silicio (Il carburo di silicio (SiCSiC carborundumcarborundum) ) quarzohellip hanno una struttura simile a quella quarzohellip hanno una struttura simile a quella del diamantedel diamante

Sostanze reticolariSostanze reticolari

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Le tipologie di Le tipologie di sostanzesostanzebull Sostanze MetallicheSostanze Metalliche Fe Ag Cu leghehellipFe Ag Cu leghehellip

bull Sostanze ReticolariSostanze Reticolari grafite diamante grafite diamante

quarzohellip quarzohellip

bull Sostanze IonicheSostanze Ioniche NaCl KNONaCl KNO33

bull Sostanze MolecolariSostanze Molecolari HH22 O O2 2 H H22O COO CO2 2

CC66HH1212OO6 6

Sostanze metallicheSostanze metalliche

CARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull Atomi legati con Legame MetallicoAtomi legati con Legame Metallico

bull Metalli e leghe metallicheMetalli e leghe metalliche

bull Impariamo quindi a distinguere tra Li Impariamo quindi a distinguere tra Li (che forma il L Metallico) e Li(che forma il L Metallico) e Li++ Al Al (che forma il L Metallico) ed Al(che forma il L Metallico) ed Al3+3+ Fe Fe (che forma il L Metallico) e Fe(che forma il L Metallico) e Fe2+ 2+ o o FeFe3+3+ ecchellip ecchellip

Sostanze metallicheSostanze metalliche

ProprietagraveProprietagravebull Temperature di fusione e ebollizione Temperature di fusione e ebollizione

generalmente elevate (solidi a T ambiente)generalmente elevate (solidi a T ambiente)bull Se solidi possiedono strutture cristallineSe solidi possiedono strutture cristallinebull Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica

altaaltabull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabilibull Possiedono una caratteristica lucentezza (alto Possiedono una caratteristica lucentezza (alto

potere riflettente)potere riflettente)bull Insolubili in acqua e in altri solventiInsolubili in acqua e in altri solventi

Sostanze metallicheSostanze metallicheModello del legame metallicoModello del legame metallicobull ldquoldquoMarerdquo di elettroni di valenza molto mobili e Marerdquo di elettroni di valenza molto mobili e

delocalizzatidelocalizzatibull Cationi disposti secondo un reticolo ordinatoCationi disposti secondo un reticolo ordinato

Modello semplificato di reticolo metallico (ioni positivi immersi in un ldquomare di elettronirdquo dotati di discreta

mobilitagrave)

Sostanze metallicheSostanze metallicheProprietagrave SPIEGAZIONIProprietagrave SPIEGAZIONIbull TTfusfus elevate dovute alla elevate dovute alla

forza elevata del legameforza elevata del legamebull Cristalli dovuti allrsquoordine Cristalli dovuti allrsquoordine

con cui si dispongono gli con cui si dispongono gli ioni positiviioni positivi

bull Conducibilitagrave elettrica Conducibilitagrave elettrica alta gli elettroni possono alta gli elettroni possono muoversi facilmentemuoversi facilmente

bull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabili(vedi figura)(vedi figura)

Sostanze reticolariSostanze reticolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull atomi legati tramite legami di natura atomi legati tramite legami di natura

covalentecovalentebull nel cristallo non sono individuabili singole nel cristallo non sono individuabili singole

molecole (il cristallo puograve essere visto come molecole (il cristallo puograve essere visto come unrsquounica macromolecola)unrsquounica macromolecola)

bull Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave molto elevatamolto elevatandash Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con

densitagrave 351 gcm3densitagrave 351 gcm3

bull Il carburo di silicio (Il carburo di silicio (SiCSiC carborundumcarborundum) ) quarzohellip hanno una struttura simile a quella quarzohellip hanno una struttura simile a quella del diamantedel diamante

Sostanze reticolariSostanze reticolari

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze metallicheSostanze metalliche

CARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull Atomi legati con Legame MetallicoAtomi legati con Legame Metallico

bull Metalli e leghe metallicheMetalli e leghe metalliche

bull Impariamo quindi a distinguere tra Li Impariamo quindi a distinguere tra Li (che forma il L Metallico) e Li(che forma il L Metallico) e Li++ Al Al (che forma il L Metallico) ed Al(che forma il L Metallico) ed Al3+3+ Fe Fe (che forma il L Metallico) e Fe(che forma il L Metallico) e Fe2+ 2+ o o FeFe3+3+ ecchellip ecchellip

Sostanze metallicheSostanze metalliche

ProprietagraveProprietagravebull Temperature di fusione e ebollizione Temperature di fusione e ebollizione

generalmente elevate (solidi a T ambiente)generalmente elevate (solidi a T ambiente)bull Se solidi possiedono strutture cristallineSe solidi possiedono strutture cristallinebull Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica

altaaltabull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabilibull Possiedono una caratteristica lucentezza (alto Possiedono una caratteristica lucentezza (alto

potere riflettente)potere riflettente)bull Insolubili in acqua e in altri solventiInsolubili in acqua e in altri solventi

Sostanze metallicheSostanze metallicheModello del legame metallicoModello del legame metallicobull ldquoldquoMarerdquo di elettroni di valenza molto mobili e Marerdquo di elettroni di valenza molto mobili e

delocalizzatidelocalizzatibull Cationi disposti secondo un reticolo ordinatoCationi disposti secondo un reticolo ordinato

Modello semplificato di reticolo metallico (ioni positivi immersi in un ldquomare di elettronirdquo dotati di discreta

mobilitagrave)

Sostanze metallicheSostanze metallicheProprietagrave SPIEGAZIONIProprietagrave SPIEGAZIONIbull TTfusfus elevate dovute alla elevate dovute alla

forza elevata del legameforza elevata del legamebull Cristalli dovuti allrsquoordine Cristalli dovuti allrsquoordine

con cui si dispongono gli con cui si dispongono gli ioni positiviioni positivi

bull Conducibilitagrave elettrica Conducibilitagrave elettrica alta gli elettroni possono alta gli elettroni possono muoversi facilmentemuoversi facilmente

bull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabili(vedi figura)(vedi figura)

Sostanze reticolariSostanze reticolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull atomi legati tramite legami di natura atomi legati tramite legami di natura

covalentecovalentebull nel cristallo non sono individuabili singole nel cristallo non sono individuabili singole

molecole (il cristallo puograve essere visto come molecole (il cristallo puograve essere visto come unrsquounica macromolecola)unrsquounica macromolecola)

bull Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave molto elevatamolto elevatandash Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con

densitagrave 351 gcm3densitagrave 351 gcm3

bull Il carburo di silicio (Il carburo di silicio (SiCSiC carborundumcarborundum) ) quarzohellip hanno una struttura simile a quella quarzohellip hanno una struttura simile a quella del diamantedel diamante

Sostanze reticolariSostanze reticolari

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze metallicheSostanze metalliche

ProprietagraveProprietagravebull Temperature di fusione e ebollizione Temperature di fusione e ebollizione

generalmente elevate (solidi a T ambiente)generalmente elevate (solidi a T ambiente)bull Se solidi possiedono strutture cristallineSe solidi possiedono strutture cristallinebull Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica Hanno una conducibilitagrave elettrica e termica

altaaltabull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabilibull Possiedono una caratteristica lucentezza (alto Possiedono una caratteristica lucentezza (alto

potere riflettente)potere riflettente)bull Insolubili in acqua e in altri solventiInsolubili in acqua e in altri solventi

Sostanze metallicheSostanze metallicheModello del legame metallicoModello del legame metallicobull ldquoldquoMarerdquo di elettroni di valenza molto mobili e Marerdquo di elettroni di valenza molto mobili e

delocalizzatidelocalizzatibull Cationi disposti secondo un reticolo ordinatoCationi disposti secondo un reticolo ordinato

Modello semplificato di reticolo metallico (ioni positivi immersi in un ldquomare di elettronirdquo dotati di discreta

mobilitagrave)

Sostanze metallicheSostanze metallicheProprietagrave SPIEGAZIONIProprietagrave SPIEGAZIONIbull TTfusfus elevate dovute alla elevate dovute alla

forza elevata del legameforza elevata del legamebull Cristalli dovuti allrsquoordine Cristalli dovuti allrsquoordine

con cui si dispongono gli con cui si dispongono gli ioni positiviioni positivi

bull Conducibilitagrave elettrica Conducibilitagrave elettrica alta gli elettroni possono alta gli elettroni possono muoversi facilmentemuoversi facilmente

bull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabili(vedi figura)(vedi figura)

Sostanze reticolariSostanze reticolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull atomi legati tramite legami di natura atomi legati tramite legami di natura

covalentecovalentebull nel cristallo non sono individuabili singole nel cristallo non sono individuabili singole

molecole (il cristallo puograve essere visto come molecole (il cristallo puograve essere visto come unrsquounica macromolecola)unrsquounica macromolecola)

bull Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave molto elevatamolto elevatandash Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con

densitagrave 351 gcm3densitagrave 351 gcm3

bull Il carburo di silicio (Il carburo di silicio (SiCSiC carborundumcarborundum) ) quarzohellip hanno una struttura simile a quella quarzohellip hanno una struttura simile a quella del diamantedel diamante

Sostanze reticolariSostanze reticolari

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze metallicheSostanze metallicheModello del legame metallicoModello del legame metallicobull ldquoldquoMarerdquo di elettroni di valenza molto mobili e Marerdquo di elettroni di valenza molto mobili e

delocalizzatidelocalizzatibull Cationi disposti secondo un reticolo ordinatoCationi disposti secondo un reticolo ordinato

Modello semplificato di reticolo metallico (ioni positivi immersi in un ldquomare di elettronirdquo dotati di discreta

mobilitagrave)

Sostanze metallicheSostanze metallicheProprietagrave SPIEGAZIONIProprietagrave SPIEGAZIONIbull TTfusfus elevate dovute alla elevate dovute alla

forza elevata del legameforza elevata del legamebull Cristalli dovuti allrsquoordine Cristalli dovuti allrsquoordine

con cui si dispongono gli con cui si dispongono gli ioni positiviioni positivi

bull Conducibilitagrave elettrica Conducibilitagrave elettrica alta gli elettroni possono alta gli elettroni possono muoversi facilmentemuoversi facilmente

bull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabili(vedi figura)(vedi figura)

Sostanze reticolariSostanze reticolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull atomi legati tramite legami di natura atomi legati tramite legami di natura

covalentecovalentebull nel cristallo non sono individuabili singole nel cristallo non sono individuabili singole

molecole (il cristallo puograve essere visto come molecole (il cristallo puograve essere visto come unrsquounica macromolecola)unrsquounica macromolecola)

bull Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave molto elevatamolto elevatandash Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con

densitagrave 351 gcm3densitagrave 351 gcm3

bull Il carburo di silicio (Il carburo di silicio (SiCSiC carborundumcarborundum) ) quarzohellip hanno una struttura simile a quella quarzohellip hanno una struttura simile a quella del diamantedel diamante

Sostanze reticolariSostanze reticolari

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze metallicheSostanze metallicheProprietagrave SPIEGAZIONIProprietagrave SPIEGAZIONIbull TTfusfus elevate dovute alla elevate dovute alla

forza elevata del legameforza elevata del legamebull Cristalli dovuti allrsquoordine Cristalli dovuti allrsquoordine

con cui si dispongono gli con cui si dispongono gli ioni positiviioni positivi

bull Conducibilitagrave elettrica Conducibilitagrave elettrica alta gli elettroni possono alta gli elettroni possono muoversi facilmentemuoversi facilmente

bull Sono duttili e malleabiliSono duttili e malleabili(vedi figura)(vedi figura)

Sostanze reticolariSostanze reticolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull atomi legati tramite legami di natura atomi legati tramite legami di natura

covalentecovalentebull nel cristallo non sono individuabili singole nel cristallo non sono individuabili singole

molecole (il cristallo puograve essere visto come molecole (il cristallo puograve essere visto come unrsquounica macromolecola)unrsquounica macromolecola)

bull Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave molto elevatamolto elevatandash Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con

densitagrave 351 gcm3densitagrave 351 gcm3

bull Il carburo di silicio (Il carburo di silicio (SiCSiC carborundumcarborundum) ) quarzohellip hanno una struttura simile a quella quarzohellip hanno una struttura simile a quella del diamantedel diamante

Sostanze reticolariSostanze reticolari

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze reticolariSostanze reticolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull atomi legati tramite legami di natura atomi legati tramite legami di natura

covalentecovalentebull nel cristallo non sono individuabili singole nel cristallo non sono individuabili singole

molecole (il cristallo puograve essere visto come molecole (il cristallo puograve essere visto come unrsquounica macromolecola)unrsquounica macromolecola)

bull Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave Lrsquoenergia dei legami nei cristalli covalenti egrave molto elevatamolto elevatandash Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con Es diamante duro e altofondente (4100 degC) con

densitagrave 351 gcm3densitagrave 351 gcm3

bull Il carburo di silicio (Il carburo di silicio (SiCSiC carborundumcarborundum) ) quarzohellip hanno una struttura simile a quella quarzohellip hanno una struttura simile a quella del diamantedel diamante

Sostanze reticolariSostanze reticolari

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze reticolariSostanze reticolari

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

ProprietagraveProprietagravebull Solidi cristalliniSolidi cristallini

bull TTfusionefusione e T e Tebollizioneebollizione molto alte molto alte

ndash TTfusionefusione quarzo 1710degC T quarzo 1710degC Tfusionefusione diamante 3500degC diamante 3500degC

bull Elevata durezza Diamante=10 (valore Elevata durezza Diamante=10 (valore max)max)

bull Insolubili nei diversi solventiInsolubili nei diversi solventi

bull Non conducono lrsquoelettricitagraveNon conducono lrsquoelettricitagrave

Sostanze reticolariSostanze reticolari

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze ionicheSostanze ionicheCARATTERISTICHECARATTERISTICHEbull ioni positivi e negativi legati da un ioni positivi e negativi legati da un

legame ionico (forza di coulomb)legame ionico (forza di coulomb)bull Formate da ioni di elementi metallici Formate da ioni di elementi metallici

e non metallicie non metallicibull Es Es

ndash Sali = NaCl KSali = NaCl K22SOSO44 KNO KNO33

ndash Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)Idrossidi alcalini = NaOH Ca(OH)22

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze ionicheSostanze ionicheProprietagraveProprietagrave10487661048766bull solidi cristallini con alte temperature di solidi cristallini con alte temperature di

fusionefusione

bull generalmente ben solubili in acqua generalmente ben solubili in acqua insolubili in solventi apolariinsolubili in solventi apolari

bull isolanti allo stato solido conduttori allo isolanti allo stato solido conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosastato fuso o in soluzione acquosa

bull duri fragiliduri fragili

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze ionicheSostanze ioniche

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Caratterizzati dalla presenza di Caratterizzati dalla presenza di molecole (unitagrave discrete formate da molecole (unitagrave discrete formate da 2 o piugrave atomi legati fra loro)2 o piugrave atomi legati fra loro)Molecole di acqua i

legami interni al cerchio rosso sono DIVERSI dai legami che uniscono due molecole fra loro (esterni al cerchio rosso)

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze molecolariSostanze molecolariCARATTERISTICHECARATTERISTICHE

bull Due tipi di legameDue tipi di legamendash Interno alla molecola Interno alla molecola legame covalente legame covalentendash Fra le molecole Fra le molecole diversi tipi di legame diversi tipi di legame

(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)(idrogeno di Van der Waals di londonhellip)

bull Questo porta ad una variabilitagrave massima Questo porta ad una variabilitagrave massima delle proprietagrave chimico fisiche delle proprietagrave chimico fisiche Non Non possiamo definire le proprietarsquo solo possiamo definire le proprietarsquo solo in base al tipo di sostanza come in base al tipo di sostanza come fatto nei casi precedentifatto nei casi precedenti

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

IL LEGAME CHIMICOIL LEGAME CHIMICO

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Come giagrave accennato per comprendere le proprietagrave delle sostanze dobbiamo esaminare il legame che tiene uniti gli atomi dobbiamo quindi capire cosa egrave il legame chimico

bull Il legame chimico egrave una forza di natura elettrostatica che tiene uniti piugrave atomi in una molecola o in un cristallo (legame principale) o piugrave molecole in fra loro (legami secondario o intermolecolare)

Il legame chimico

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Per indicare che due atomi sono legati si interpone un trattino fra i loro simboli (C-C H-H legame covalente) oppure si indicano le cariche elettriche dei rispettivi ioni (Na+Cl- legame ionico)

bull Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una configurazione elettronica piugrave stabile generalmente la configurazione elettronica del gas nobile piugrave vicino quindi lrsquoottetto I gas nobili che giagrave hanno raggiunto lrsquoottetto non formano in condizioni normali legami chimici

Il legame chimico

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull La formazione di legami chimici crea una situazione di maggiore stabilitagrave lrsquoenergia totale del sistema b (atomi legati) egrave minore dellrsquoenergia totale del sistema costituito dai due atomi separati a

Legame chimico ed energiaDistanza molto

elevata gli atomi sono separati Situazione (a)

Energia del sistema = 0

Distanza di legame gli atomi sono uniti da un

legame Situazione (b) Il sistema ha raggiunto un

minimo di energia

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Quando si forma un legame si libera una certa quantitagrave di energia bull Se si vuole rompere questo legame la stessa quantitagrave di energia deve essere fornita alla molecola (nel caso a fianco 436 kJmol)bull Egrave detta energia di legame la quantitagrave di energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi a distanza infinita Si misura in KJ mol-1

Legame chimico ed energia

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

In una molecola costituita da due atomi (molecole biatomica) es H2 un solo legame egrave sufficiente a

tenere insieme i due atomi = Atomo di idrogeno (H) molecola dellrsquoidrogeno

H ndash H

Legame chimico

Nelle molecole con piugrave atomi (molecole poliatomiche) il numero di legami egrave maggiore Es in C2H6 ci sono sette legami uno fra i due atomi di Carbonio e sei fra gli atomi di Carbonio e Idrogeno

Molecola dellrsquoetano = Atomo di idrogeno (H) = Atomo di carbonio (C) C C

H

H

H

H

H

H

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Legame chimicoCLASSIFICAZIONE

bull LEGAME PRINCIPALE (Lega atomi fra loro) E legame asymp 450 kJmolndash METALLICO (presente nelle sostanze metalliche)ndash IONICO (presente nelle sostanze ioniche)ndash COVALENTE (presente nelle sostanze molecolari e

reticolari)bull LEGAME SECONDARIO (Lega molecole fra di loro

presente solo nelle sostanze molecolari) E legame asymp 05 divide 30 kJmolndash PONTE IDROGENOndash DIPOLO-DIPOLOndash FORZE DI LONDON

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Legame principalebull Il legame chimico principale consiste nello

scambio o nella condivisione di elettroni provenienti dai diversi atomi coinvolti nel legame

bull Questi elettroni possono essere delocalizzati sullrsquointero cristallo (legame metallico) localizzati negli orbitali atomici (legame ionico) o infine localizzati negli orbitali molecolari (sovrapposizione degli orbitali atomici legame covalente)

I due orbitali atomici si sovrappongonoLrsquoorbitale molecolare descrive lrsquoelevataprobabilitagrave di trovare gli elettroni di legame fra i due nuclei

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Lrsquoorbitale molecolarebull Lrsquoorbitale molecolare puograve essere

ndash simmetrico se gli atomi coinvolti nel legame attirano nello stesso modo gli elettroni di legame

ndash asimmetrico quando uno dei due atomi ha una capacitagrave maggiore di attirare gli elettroni

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Lrsquoelettronegativitagravebull La tendenza ad attrarre gli elettroni di legame

da parte di un atomo si chiama ELETTRONEGATIVITArsquo

bull Lrsquoelettronegativitagrave (En) egrave un numero puro relativo che varia da 07 a 40 secondo lrsquoandamento descritto sotto

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Quando i due atomi che formano il legame hanno la stessa elettronegativitagrave lrsquoorbitale molecolare che si forma saragrave simmetrico piugrave aumenta la loro differenza di En piugrave aumenteragrave lrsquoasimmetria dellrsquoorbitale molecolare

bull Quando la ∆En (differenza di elettronegativitagrave) supera un certo valore gli elettroni non sono piugrave condivisi ma vengono completamente presi da un atomo e persi dallrsquoaltro (legame ionico)

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Per determinare se il legame in esame sia un legame ionico o covalente si valuteragrave dunque la ∆En

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

0 04 19 33 ∆En

Legame covalente apolare o puro

Legame covalente polare

Legame ionico

+ ndash

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Lrsquoelettronegativitagrave e il tipo di legame

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

LEGAME IONICO

quando ∆Enge19

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Si forma fra atomi con una forte differenza di elettronegativitagrave (superiore a 189)bull Ha unrsquoenergia di legame di circa 450 KJmolbull Il legame ionico egrave presente nei Sali composti contenenti contemporaneamente metalli e non-metallibull quando un metallo e un non metallo si avvicinano gli elettroni del livello piugrave esterno dellrsquoatomo meno elettronegativo (metallo) passano allrsquoatomo piugrave elettronegativo (n-metallo)bull si formano ioni positivi (cationi M+) e ioni negativi (anioni nonM-) che si attraggono elettrostaticamentebull il legame che si forma ha una polaritagrave elevata (grande separazione fra la carica positiva e negativa)

Legame Legame IonicoIonico

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Cloruro di Sodio (NaCl) Na ha un solo elettrone esterno la sua

elettronegativitagrave egrave 093 un valore basso Cl ha sette elettroni esterni la sua

elettronegativitagrave egrave 316 un valore alto ∆En = 316 ndash 093 = 223 gt 189Si forma un legame ionico e lrsquoelettrone

dellrsquoatomo di sodio passa a quello di cloro

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

2 ndash

Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

3 ndash

I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Legame Legame IonicoIonico

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

1 ndash Lrsquoatomo di sodio perde il suo elettrone esterno e diventa uno ione positivo

Na Na+ + e-

= Atomo di sodio (Na)

Legame Legame IonicoIonico

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

2 ndash Lrsquoatomo di cloro acquista lrsquoelettrone perduto dal cloro e diventa ione negativo

Cl + e- Cl-

= Atomo di cloro (Cl)

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

= Atomo di sodio (Na)

= Atomo di cloro (Cl)

3 ndash I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attirano e restano uniti

Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)Formazione del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl)

Legame Legame IonicoIonico

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

FORMAZIONE IONI POLIATOMICI

bull Na+ Cl- Ca2+ hellip sono ioni formati da un solo atomo bull Esistono anche ioni poliatomici cioegrave raggruppamenti di atomi con una o piugrave cariche elettriche diffuse su tutto il gruppo Es nitrato (NO3

-) solfato (SO42-) ammonio

(NH4+)

bull Anche questi ioni possono dare composti ioniciEs ioni calcio e ioni nitrato Ca(NO3)2 ovvero Ca2+ (NO3

-) (NO3-) dove occorrono

due ioni nitrato per bilanciare le due cariche positive dello ione calcio

Legame Legame IonicoIonico

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE IONICHEIONICHE

bull QUANDO LA FORMULA CONTIENE UN LEGAME IONICO LA SOSTANZA Egrave IONICAbull Sono tutti solidi cristallini a temperatura ambiente (regolaritagrave della disposizione delle particelle)bull Hanno in genere punti di fusione elevati (presenza di interazioni forti fra gli ioni)bull sono fragili

Legame Legame IonicoIonico

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Solubilitagrave in acquabull generalmente solubili in acqua e insolubili in solventi apolari bull la solubilitagrave egrave spiegabile grazie alla capacitagrave dellrsquoacqua di creare legami con gli ioni (gli ioni vengono solvatati circondati da molecole di acqua e portati in soluzione)

Legame Legame IonicoIonico

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Conducibilitagrave elettricaConducibilitagrave elettricabull non conducono elettricitagrave allo stato solido bull conducono se fuse o in soluzione nel solido non ci sono particelle cariche che possano muoversi al contrario del secondo caso

Legame Legame IonicoIonico

elettrodo negativo

(-) +

+

+

+

+

+

+

+

+

elettrodo positivo

(+)

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

LEGAME COVALENTE

quando ∆Enlt19

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Quando si incontrano due atomi la cui differenza nella capacitagrave di attirare elettroni non sia spiccata (∆En lt 19) nessuno dei due atomi egrave in grado di strappare elettroni allrsquoaltro e quindi non riescono a formare un legame ionico

bull I due atomi formano un altro tipo di legame in cui gli elettroni vengono messi in comune la cui energia si aggira intorno alle 450 kJmol il legame covalente

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Gli elettroni di legame allrsquoorigine si trovano in un orbitale atomico Quando i due atomi si avvicinano a sufficienza avviene una parziale sovrapposizione dei due orbitali che si compenetrano formando un ORBITALE MOLECOLARE

Legame CovalenteLegame Covalente

bull Gli elettroni di legame si troveranno in questi orbitali e apparterranno contemporaneamente ai due atomi

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Legame CovalenteLegame CovalenteCLASSIFICAZIONE DEI TIPI DI L COVALENTE

bull In base alla polaritagrave (separazione della carica)ndash Puro (omeopolare o apolare) se ∆En le 04ndash Polare (eteropolare) quando 04lt∆Enlt19

bull In base allrsquoordine di legame (numero di elettroni coinvolti)ndash Semplice (1 coppia elettronica forma il legame)ndash Doppio (2 coppie elettroniche formano il legame)ndash Triplo (3 coppie elettroniche formano il legame)

bull In base al tipo di sovrapposizione degli orbitalindash σ (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave frontale)ndash π (quando la sovrapposizione degli orbitali egrave laterale)

bull In base alla provenienza degli elettronindash Normale (gli elettroni di legame provengono da entrambi gli atomi)ndash Di coordinazione (o dativo) (gli elettroni di legame provengono da

uno solo dei due atomi coinvolti nel legame)

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

IL LEGAME COVALENTE PURO

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull ∆En le 04

bull distribuzione simmetrica della nube elettronica

bull Esempi sono il legame H-H Cl-Cl C-H

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave trascurabile

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

la media della carica positiva egrave localizzata

al centro fra i due nuclei

la media della carica negativa egrave

localizzata sempre al centro percheacute

lrsquoorbitale egrave simmetrico

la carica media (+) e (-) sono sovrapposte o molto vicine la molecola egrave APOLARE

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

IL LEGAME NELLA MOLECOLA DI IDROGENO H2

bull H ha solo 1 elettrone esterno bull H si lega per raggiungere la configurazione

elettronica del gas nobile piugrave vicinobull Questo egrave lrsquoelio (He) che ha due elettroni nel

livello piugrave esterno bull Se due atomi di idrogeno mettono in comune i

loro elettroni ognuno di essi avragrave due elettroni sia pure in comune con lrsquoaltro atomoH H HH

Legame Covalente Legame Covalente PuroPuro

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

IL LEGAME COVALENTE

POLARE

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

bull ∆En egrave un valore intermedio fra quello del legame apolare e quello del legame ionico (04lt ∆En lt19)

bull distribuzione asimmetrica della nube elettronica (spostata verso lrsquoatomo piugrave elettronegativo)

bull Esempi sono il legame O-H Fe-Cl C-Nhellip

bull la polaritagrave (separazione fra la carica positiva e negativa) di questi legami egrave intermedia fra quella del legame ionico e quella del legame c puro

la media della carica positiva egrave

localizzata al centro fra i due

nuclei

la media della carica negativa egrave localizzata piugrave vicino allrsquoatomo

piugrave elettronegativo

si ha una separazione di carica proporzionale alla ∆En il legame egrave polare

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Legame Covalente Legame Covalente PolarePolare

H Cl

LEGAME NELLA MOLECOLA DI CLORURO DI IDROGENO (HCl)

bull H ha 1 elettrone esterno e Cl 7 elettroni con 1 legame entrambi raggiungono la configurazione elettronica stabilebull Quando i due atomi si avvicinano lrsquoorbitale di H e lrsquoorbitale di Cl si sovrappongono e i due elettroni vengono messi in comunebull Cl essendo piugrave elettronegativo di H attira i due elettroni di legame piugrave fortemente bull Cl viene ad avere una parziale carica negativa mentre H una parziale carica positiva

H Cl

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Il legame quindi genera un dipolo elettrico ovvero una entitagrave che ha cariche di segno opposto separate da una certa distanza

bull Il dipolo elettrico si rappresenta con una grandezza vettoriale chiamata momento dipolare

bull il momento dipolare viene evidenziato da un vettore conndash Intensitagrave proporzionale alla ∆Enndash Direzione parallela al legamendash Verso dallrsquoatomo meno elettronegativo a quello piugrave

elettronegtativo

bull La carica parziale egrave indicata con δ (delta) posto davanti al segno della carica

bull Es

Legame Covalente PolareLegame Covalente PolareRAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARERAPPRESENTAZIONE DEL LEGAME POLARE

H Cl Br Hδ- δ-

OHH δ- δ-

δ+δ+

δ+δ+

I vettori sono orientati nella direzione del legame e nel verso δ+δ- Lrsquointensitagrave egrave proporzionale alla ∆En (piugrave lungo in O-H

meno in H-Cl e piugrave corto in H-Br)

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

IL LEGAME COVALENTE MULTIPLO

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull gli atomi che si legano con un legame covalente possono condividere una coppia di elettroni (legame singolo) due coppie (doppio) o tre coppie (triplo)

bull tipicamente gli atomi che possono formare legami multipli sono C N O (doppio)

bull le molecole che contengono legami multipli si dicono insature

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

C2H6 MOLECOLA SATURA se a questa

molecola togliamo un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1 avanza)

Quindi C2H4 avragrave due elettroni spaiati che possono formare un ulteriore legame C-C doppio

legame

C C

H

HH

H

C C

H

HH

H

bullHH

bull

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiploC2H4 se a questa molecola sottraiamo

ancora un H per ogni atomo di C rimarranno 2 elettroni spaiati su ogni atomo di C (C ha 4 elettroni 3 sono impegnati nei legami 1

avanza)Quindi C2H2 avragrave due elettroni spaiati

che possono formare un ulteriore legame C-C triplo legame

C C

H

HH

H

C C HH

Il legame multiplo deriva dalla sovrapposizione di quattro o sei orbitali (due o tre per atomo legame doppio o triplo) si ha una sovrapposizione frontale che forma il primo dei legami ed eventualmente una o due sovrapposizioni laterali che formano lrsquoulteriorei legamei)

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Legame Covalente Legame Covalente MultiploMultiplo

sovrapposizione sovrapposizione σσ (sigma) e (sigma) e ππ (pigreco) (pigreco)

sovrapposizione sigma

Questi orbitali possono sovrapporsi lateralmente e formare un ulteriore legame (sovrapposizione pigreco)

Molecola di C2H4 una

sovrapposizione σ e una

π

Molecola di C2H2 una

sovrapposizione σ e due

π

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

IL LEGAME COVALENTE DI COORDINAZION

E O DATIVO

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Il legame dativo (o di coordinazione) egrave un legame covalente in cui i due elettroni di legame provengono entrambi da uno solo dei due atomibull Per formare un legame dativo

bull Un atomo deve avere una coppia di elettroni di non legame (atomo donatore)bull Un atomo deve avere un orbitale vuoto (atomo accettore)

bull lrsquoatomo donatore deve avere raggiunto lrsquoottetto prima di fare un legame di coordinazione

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazione

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

HClO HClO2 HClO3 HClO4

La molecola piugrave semplice fra queste lrsquoacido ipocloroso (HClO) contiene due legami covalenti uno tra lrsquoatomo di cloro e quello di ossigeno lrsquoaltro tra lrsquoatomo di ossigeno e quello di idrogeno

Cl ha raggiunto lrsquoottetto ma ha ancora tre coppie di elettroni disponibili (Anche lrsquoossigeno ne ha due ma essendo lrsquoossigeno un atomo fortemente elettronegativo tende ad avere il ruolo di accettore) Se dobbiamo legare un altro O trasformando HClO in HClO2 una coppia di non legame di Cl va a formare il legame di coordinazione

H Cl O O HCl

O HClOlegame dativo

Legame Covalente di Legame Covalente di CoordinazioneCoordinazioneEsempi di legame dativo

Nello stesso modo si possono formare HClO3 (mettendo in gioco unrsquoaltra coppia) o HClO4 (quando tutte le tre coppie di non legame vengono condivise)

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Dagli atomi alle molecole

Analisi delle proprietagrave delle sostanze

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Lrsquoanalisi delle proprietagrave procede attraverso lrsquoattribuzione della sostanza ad una delle 4 categorie analizzate in precedenza (ioniche metallichehellip)

bull Si procede seguendo il percorso tracciato nella pagina seguente

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

IONICAMETALLICA

RETICOLAREMOLECOLARE

IONICARETICOLAREMOLECOLARE

RETICOLAREMOLECOLARE

Solo elementi metallici nella formula

SOSTMETALLICA

Presenti legami ionici

SOSTIONICA

Ha le caratteristiche dellasostanza reticolare

SOSTMOLECOLARE

SOSTRETICOLARE

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Analisi delle proprietagrave della

sostanzabull Se si verifica la prima condizione (sostanza

formata da metalli) lrsquoanalisi si concludebull In tutte le altre situazioni occorre scoprire

come sono legati gli atomi fra loro (per scoprire ad esempio se ci sono legami ionicihellip)

bull Occorre determinare la formula di struttura o formula di Lewis

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Formule di Formule di LewisLewisLe formule di Lewis sono rappresentazioni

bidimensionali che mostrano come sono legati gli atomi fra di loro e tutti gli elettroni dellrsquoultimo livello energetico (e- di valenza)

Secondo la simbologia di Lewis gli e- dellrsquoultimo livello sono rappresentati da punti collocati attorno al simbolo dellrsquoatomo

I punti sono collocati uno alla volta sui quattro lati del simbolo e solo successivamente accoppiati fino ad esaurire tutti gli elettroni di valenza

NB nella simbologia di Lewis la collocazione esatta di ogni singolo punto non ha importanza esso puograve essere collocato indifferentemente su uno qualsiasi dei quattro lati

Libull bullBebull bullBbull

bull

bullbullCbull

bull

bullbullN

bull

bullbullO

bullF

Ne

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

La formazione del legame ionico puograve essere rappresentata tramite le formule di Lewis con la seguente equazione

Nabull + bullCl Na+ + Cl

-

Ersquo evidente come gli atomi assumano la configurazione elettronica di un gas nobile nella formazione degli ioniAnalogamentebullMgbull + bullObull Mg2+ + O

2-

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Una coppia di elettroni in questo tipo di formule egrave detta coppia di legame se egrave condivisa tra due atomi coppia non legante o coppia solitaria se la coppia di elettroni rimane su uno degli atomi

HCl

coppia di legame

coppie solitarie o di non-legame

Anche la formazione del legame covalente (esin H2) puograve essere rappresentata dalla formula di Lewis

Hbull + bullH HH

Quindi il legame covalente viene rappresentato da una coppia di punti fra due atomi o da una linea

o H-Cl

oppure H-H

Hbull + bullCl HCl

Rappresentazione Rappresentazione della formule di della formule di

LewisLewis

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sappiamo che gli atomi si legano per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile questo si traduce nelle f di Lewis nel possedere 8 elettroni che circondano il simbolo dellrsquoelemento (regola dellottettoregola dellottetto))

Quasi tutti gli atomi si legano per raggiungere

questa condizione (ovvero secondo Lewis

diventare )

Eccezioni importanti sono date da bull H (2 elettroni H)bull B (6 elettroni )bull Al (6 elettroni)bull metalli di transizionebull atomi del 15-16 gruppo che possono espandere

lrsquoottetto (essere circondati da piugrave di 8 elettroni)

X

B

Regola dellrsquoottettoRegola dellrsquoottetto

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Ad esempio nella formazione dellammoniaca

bull Nbull +3 Hbull bull

NHH

H

Lazoto egrave in grado di formare tre legami normali (non dativi) possedendo tre elettroni spaiati N e H condividono gli elettroni raggiungendo cosigrave la configurazione stabile (N 8 elettroni e H 2 elettroni)

Il numero di legami covalenti formati da un atomo egrave uguale al numero di elettroni disaccoppiati nel suo simbolo (eccezione a questa regola sono gli atomi che formano legami dativi o che espandono lrsquoottetto)Es

bullbullCbull

bull

bullbullN

bullbull

bullO

bullF

4 elettroni = 4 legami

3 elettroni = 3 legami

2 elettroni = 2 legami

1 elettrone = 1 legame

Numero di legamiNumero di legami

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Si procederagrave dunque seguendo i seguenti punti

1 Scrivere i simboli indicando gli elettroni esterni2 Combinare gli atomi costruendo lo scheletro

considerando chebull La formazione di legami O-H egrave molto probabilebull Nelle molecole organiche la formazione di catene C-

C egrave probabilebull Alcune molecole hanno diverse formule di struttura

egualmente possibili3 Assegnare gli elettroni non coinvolti nel legame4 Verificare la regola dellrsquoottetto (considerando che

le coppie di legame valgono per entrambi gli atomi)5 Evitare di lasciare elettroni spaiati

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

1 ASSEGNARE GLI ELETTRONI ESTERNI(ricordiamo che per gli atomi non di transizione gli elettroni esterni sono uguali al numero romano del gruppo)

MOLECOLA H2CO3

Dunque H puograve formare un solo legame C quattro legami O due legami

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Hbull

Hbull

bullbullCbull

bull

bullbullO

bullbullO

bullbullO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis2 IDENTIFICAZIONE DELLO SCHELETRO

bull Per scrivere la formula di Lewis di una molecola dobbiamo conoscere il suo scheletro cioegrave come sono legati gli atomi

bull Per molecole semplici esso puograve essere determinato scrivendo un atomo centrale attorno al quale sono legati atomi a piugrave alta elettronegativitagrave come O Cl F Ad esempio

H e F sono sempre terminali (non sono mai latomo centrale)

PCl3Cl-P

Cl

Cl

--

P forma 3 legami Cl 1 legamehellip dunque lo scheletro saragrave

H2CO3O-C

O-H

O-H

--C forma 4 legami H 1

legame O 1 legamehellip dunque

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

3ASSEGNARE GLI e- NON COINVOLTI NEL LEGAME

Contare gli elettroni utilizzati per il legame e sistemare i rimanenti attorno agli atomi tentando di soddisfare la regola dellottetto

Se latomo centrale ha meno di otto elettroni tentare la formazione di legami multipli Atomi che formano spesso legami multipli sono C N O S

In questo caso C ha sette e- e anche lrsquoOssigeno numero 2 ne ha sette quindi si forma un legame doppio

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O2-C

O1-H

O1-H

--

C ha 3 e- coinvolti nel legame quindi ne avanza 1

O1 ha 2 e- coinvolti quindi ne avanzano 4 O2 ha 1 e- coinvolto ne avanzano 5

O- C

O-H

O-H

--

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

4 VERIFICARE LA REGOLA DELLrsquoOTTETTO

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O- C

O-H

O-H

--

H ha raggiunto la Conf Stabile (2 elettroni) O1 ha 8 e- quindi ha raggiunto lrsquoottetto O2 ha 7 e- C ha 7 e- Dunque si formeragrave un legame doppio fra C e O2

O = C

|O-H

|O-H

--

||

|

|

In questo modo tutti gli atomi hanno raggiunto la configurazione elettronica stabile (gli elettroni di legame vanno contati a tutti i due atomi coinvolti nel legame)

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Legami multipliLegami multiplibull Come abbiamo visto egrave possibile che due atomi condividano due o tre coppie di elettroni In questo caso si parla di legame doppio o di legame triplo rispettivamente

CC

H

H

H

Hoppure C=C-

- -

-H

H

H

H

HCCH oppure H-C C-H

etilene

acetilene

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Atomi che formano piugrave legami del previstobull Ci sono alcuni atomi (N S P Cl Brhellip) che

possono formare piugrave legami di quelli previsti N ad esempio possedendo 5 elettroni dovrebbe formare solo 3 legami in certe molecole invece puograve formare un ulteriore legame detto legame DATIVO O DI COORDINAZIONE

bull Es

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

Acido nitroso HNO2

Tutti gli atomi hanno

raggiunto lrsquoottetto

Lrsquoazoto perograve puograve formare un altro legame usando la coppia elettronica

formando un legame di coordinazione

O= NO-H

-

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

QuindiNellrsquoacido nitroso lrsquoatomo che puograve formare il legame di coordinazione egrave lrsquoazoto (avendo giagrave raggiunto lrsquoottetto e possedendo una coppia di non legame)

Saragrave dunque possibile che questo si leghi con un atomo accettore (tipicamente O che deve condividere 2 elettroni per arrivare allrsquoottetto)Dunque

Costruzione delle formule Costruzione delle formule di Lewisdi Lewis

O= NO-H

-

O= NO

O-H-

O= NO-H

-

HNO3 acido nitrico

Notare che N ha sempre 8 elettroni visto che il legame di coordinazione non aumenta il numero di elettroni di un atomo

NB anche se gli elettroni provengono da un atomo solo sono sempre condivisi non si tratta di un legame ionicoNB legame dativo si indica spesso con una freccia invece del trattino per distinguerlo dal legame covalente semplice

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Cl-S-Cl

SCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Cl S

ClAtomi coinvolti

Cl-S-Cl

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

NH3

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

OK

Atomi coinvolti

H-N-H

H

H-N-H

H

A

H-N-H

H

lrsquoazoto possedendo una coppia solitaria e avendo raggiunto lrsquoottetto puograve fare un legame dativo

N H H H

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

COCl2

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

LrsquoO e C hanno 7 elettroni devono formare un doppio legame

Atomi coinvolti

Cl O

Cl

C

Cl-C-Cl

OO-C-Cl

Cl

O=C-Cl

Cl

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

HSO3Cl

Scheletro

Assegnazione elettroni restanti

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

Atomi coinvolti

Cl O

S

H

O-S-O-H

O

Cl-

-

O-S-O-H

O

Cl

--

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

HSO3Cl

Verifica raggiungimento ottetto

Esempi di formule di Esempi di formule di LewisLewis

O-S-O-H

O

Cl

--

egrave evidente che due O non hanno raggiunto lrsquoottetto (formato 1 solo legame) e che S ha 10 e- le alternative sono1Formare 2 doppi legami fra i due O e S gli O raggiungono lrsquoottetto e S arriva a 12 elettroni2Sostituire i 2 legami covalenti S-O con legami di coordinazione SO la struttura si riarrangerebbe in questo modo

OS-O-H

O

Cl

-

Verifica raggiungimento ottetto

OK

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Una volta stabilita la formula di Lewis occorre analizzare i tipi di legami interni alla formula

bull Es

bull Se nella formula sono presenti legami ionici allora si tratta di una sostanza ionica (dunque la nostra analisi termina)

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

OS-O-H

O

Cl

-

Legame O-H = legame covalente polare singolo

Legame S-O = legame covalente polare singolo

Legame S-Cl = legame covalente puro singolo

Legame SO = legame covalente polare di coordinazione

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Se tutti i legami sono covalenti allora si tratta di una sostanza molecolare o di una reticolare

bull Le sostanze reticolari sono poche caratterizzate da una formula minima molto piccola (C SiO2 e altri composti del siliciohellip)

bull Se la sostanza non risponde a queste caratteristiche egrave una sostanza molecolare

Analisi delle proprietagrave della

sostanza

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze molecolari

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Sostanze Molecolaribull Come giagrave detto le sostanze molecolari sono

formate da molecolebull La prossima fase determinare se la molecola sia

polare o no poicheacute da questo dipendono le sue proprietagrave

bull Per farlo bisogna compiere i seguenti passaggindash Determinare la formula di Lewisndash Valutare la polaritagrave dei legami presentindash Esaminare la disposizione spaziale degli atomi la

geometria molecolare secondo le specifiche della teoria VSEPR

ndash Determinare la polaritagrave della molecola come combinazione della polaritagrave dei singoli legami

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull La teoria VSEPR prevede che la geometria della molecola dipenda dalla repulsione delle coppie elettroniche di legame e di non legame

bull Es H2O come sono disposti gli H intorno ad O

Dallrsquoanalisi della formula di Lewis risulta che O egrave circondato da 4 coppie elettroniche che respingendosi si disporranno alla massima distanza fra di loro

Risulta dunque che i due H non possono disporsi in modo lineare

(angolo di 180deg) per la presenza delle altre due coppie di non

legame che interagiscono portando lrsquoangolo a 105deg

__

H-O-H

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Con la stessa logica possiamo determinare la geometria di altre molecole

bull Es CH4

bull Es BF3

Geometria Spazialeteoria VSEPR

C H

H

H

H

F B F

F

avendo quattro coppie elettroniche avragrave la stessa disposizione dellrsquoacqua

BF3 invece ha solo tre coppie elettroniche che si dispongono alla massima distanza su di un piano con un angolo di 120deg

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Quindi per comprendere la geometria di una molecola dobbiamo esaminare tutti gli atomi non terminali valutando il numero delle coppie elettroniche che li circondano

bull In particolare per ogni atomo non terminale dobbiamo compilare la formula AXE dove A indica lrsquoatomo che stiamo esaminando X il numero di atomi legati a questo E il numero di coppie di non legame

Geometria Spazialeteoria VSEPR

bull Es per H2O saragrave AOX2E2 ovvero lrsquoatomo O avragrave 2 atomi legati (i 2 idrogeni) e 2 coppie elettroniche

bull Per BF3 saragrave ABX3E0 ovvero lrsquoatomo di B ha tre atomi (di F) legati e zero coppie di non legame

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Infine per determinare la geometria di ogni atomo non terminale si segue semplicemente la tabella seguente (nella III colonna sono visualizzate anche le coppie di non legame in giallo)AXE n = X+E Forma

Disposizione degli elettroni

Geometria Angolo Esempi

AX2E0 2 Lineare 180 BeCl2 CO2

AX2E1 3 Angolare 117 NO2minus SO2 O3

AX3E0 3Triangolare (piana)

120BF3 NO3

minus

C2H6

AX2E2 4 Angolare 1045 H2O OF2

AX3E1 4Piramide trigonale

1073 NH3 PCl3

AX4E0 4 Tetraedrica 1094CH4 PO4

3minus

SO42minus ClO4

minus

bull Osserviamo che quando le coppie che circondano lrsquoatomo centrale sono 2 lrsquoangolo egrave intorno a 180deg(AX2E0) quando sono 3 (AX2E1 AX3E0) egrave circa 120 e quando sono 4 (AX2E2 AX3E1 AX4E0) circa 109

bull Le variazioni fra AX2E2 AX3E1 AX4E0 sono dovute al fatto che le coppie di legame essendo confinate fra due atomi occupano meno spazio delle coppie di non legame dunque quando sono presenti coppie di non legame lrsquoangolo fra gli atomi viene ldquocompressordquo e diminuisce

bull Es

Geometria Spazialeteoria VSEPR

Acqua e metano hanno sempre 4 coppie ma visto che H2O ha 2 coppie di non legame il suo angolo egrave minore

Geometria Spazialeteoria VSEPR

DETERMINARE LA GEOMETRIA DELLrsquoACETONE

Per determinare la geometria dellrsquoacetone dobbiamo studiare la disposizione degli atomi non terminali ovvero i tre C

Evidentemente i due C esterni sono identici quindi studieremo C1 e C2

bull AC1X4E0 il C1 e C3 sono legati con 4 atomi e non hanno coppie elettroniche di non legame questi 2 atomi sono tetraedrici (1094)

CCC

O

HH

H H H H

bull AC2X3E0 il C2 egrave legato con tre atomi e non ha coppie di NL la disposizione egrave triangolare planare (120deg)

120deg1094deg

C C C

H

H

H

O

H

H

H

Geometria Spazialeteoria VSEPR

DETERMINARE LA GEOMETRIA dellrsquoacido Nitrico

Per determinare la geometria dobbiamo studiare la disposizione degli atomi non terminali ovvero N e lrsquoO legato allrsquoH AOX2E2 LrsquoO egrave legato con 2 atomi (N e H) e ha 2 coppie

elettroniche di non legame atomo angolare con un angolo simile a quelli del tetraedro (1094deg) deformato dalla presenza delle coppie su O (angolo 1049deg)

NOO

O

H

bull ANX3E0 N egrave legato con tre atomi (3 O) e non ha coppie di NL la disposizione egrave triangolare planare (120deg)

120deg

1094deg

N O H

O

O

POLARITArsquo DELLA MOLECOLAbull la polaritagrave della molecola determina la maggior parte delle caratteristiche delle sostanze molecolaribull questa si determina combinando i vettori dei dipoli dei legami polari e verificando la presenza o meno di una risultantebull se la somma di tutti i vettori dei dipoli egrave diversa da zero la molecola saragrave polareEsH2OI due legami O-H sono polari la somma dei due vettori egrave diversa da zero perciograve lrsquoacqua egrave una molecola polare

Dalla polaritagrave del legame

alla polaritagrave della molecola

POLARITArsquo DELLA MOLECOLAbull Siccome la polaritagrave della molecola dipende dalla presenza di legami polari molecole che contengono solo legami apolari non saranno mai polari (es tutti gli idrocarburi comebull tutte le molecole biatomiche con un legame polare saranno polari (crsquoegrave un solo vettore dunque la risultante egrave sempre diversa da zero)

ndashEs

Dalla polaritagrave del legame

alla polaritagrave della molecola

H H O OC H

H

H

HC CH

H

H

H

H Cl Cu O

bull le molecole con diversi legami polari possono dare combinazioni diverse di seguito ne esamineremo alcune

ANIDRIDE CARBONICA (CO2)bull Formula di Lewis bull Legami C=O covalente polare doppiobull Geometria ACX2E0 il carbonio (e tutta la molecola egrave lineare)bull Polaritagrave della molecola vedi sotto

Polaritagrave della molecolaO C O

Altri esempi sono il trifluoruro di boro (BF3) o il tetracloruro di carbonio (CCl4)

I due vettori si annullano la polaritagrave

risultante egrave nulla

In entrambi i casi i tutti i vettori si

annullano

Alcool etilico (C2H5OH)bull Formula di Lewis

bull Legami C-O O-H covalenti polari C-C C-H covalenti apolari bull Geometria AC12X4E0 i carboni sono tetraedrici AOX2E2 lrsquoO egrave angolare

bull Polaritagrave della molecola gli unici legami polari sono C-O e O-H il resto della molecola saragrave sicuramente apolare

Polaritagrave della molecolaC

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H1094

1049

H

C

C

H H

O

H

H H

La risultante saragrave pertanto diversa da zero dunque la molecola saragrave polare (la polaritagrave saragrave concentrata nella zona con il legame O-H

EsercizioStabilire quale delle seguenti molecole egrave piugrave polare fra bull alcool metilico etilico propilico (CH3OH C2H5OH C3H7OH)

Polaritagrave della molecola

C

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H

Poicheacute la parte polare rimane sempre uguale mentre la parte apolare diventa sempre maggiore la molecola piugrave polare delle tre egrave lrsquoalcool metilico

CH

H

H

O H C

H

H

OC HC

H

H

H

H

H

La polaritagrave nel metanolo egrave piugrave ldquoconcentratardquo e viene ldquodiluitardquo nelle altre due molecole che sono di dimensioni maggiori

Proprietagrave delle sostanze molecolarilo stato fisico

bull Come giagrave detto le proprietagrave delle sostanze molecolari dipendono dalla polaritagrave

bull Es ndash solubilitagravemiscibilitagrave in acquandash Stato fisico Temperature di fusione o ebollizione (la

polaritagrave determina il tipo di legami secondari che si formano fra le molecole)

bull Piugrave i legami secondari saranno intensi piugrave saragrave difficile portare quella sostanza dallo stato solido a quello liquido od aeriforme

bull Premesso che lo stato fisico ad una determinata T dipende molto dalla dimensione della molecola (molecole ad elevata MM saranno piugrave facilmente solide) andiamo ora ad analizzare il tipo di legame secondario per ciascun tipo di molecole

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

Geometria Spazialeteoria VSEPR

DETERMINARE LA GEOMETRIA DELLrsquoACETONE

Per determinare la geometria dellrsquoacetone dobbiamo studiare la disposizione degli atomi non terminali ovvero i tre C

Evidentemente i due C esterni sono identici quindi studieremo C1 e C2

bull AC1X4E0 il C1 e C3 sono legati con 4 atomi e non hanno coppie elettroniche di non legame questi 2 atomi sono tetraedrici (1094)

CCC

O

HH

H H H H

bull AC2X3E0 il C2 egrave legato con tre atomi e non ha coppie di NL la disposizione egrave triangolare planare (120deg)

120deg1094deg

C C C

H

H

H

O

H

H

H

Geometria Spazialeteoria VSEPR

DETERMINARE LA GEOMETRIA dellrsquoacido Nitrico

Per determinare la geometria dobbiamo studiare la disposizione degli atomi non terminali ovvero N e lrsquoO legato allrsquoH AOX2E2 LrsquoO egrave legato con 2 atomi (N e H) e ha 2 coppie

elettroniche di non legame atomo angolare con un angolo simile a quelli del tetraedro (1094deg) deformato dalla presenza delle coppie su O (angolo 1049deg)

NOO

O

H

bull ANX3E0 N egrave legato con tre atomi (3 O) e non ha coppie di NL la disposizione egrave triangolare planare (120deg)

120deg

1094deg

N O H

O

O

POLARITArsquo DELLA MOLECOLAbull la polaritagrave della molecola determina la maggior parte delle caratteristiche delle sostanze molecolaribull questa si determina combinando i vettori dei dipoli dei legami polari e verificando la presenza o meno di una risultantebull se la somma di tutti i vettori dei dipoli egrave diversa da zero la molecola saragrave polareEsH2OI due legami O-H sono polari la somma dei due vettori egrave diversa da zero perciograve lrsquoacqua egrave una molecola polare

Dalla polaritagrave del legame

alla polaritagrave della molecola

POLARITArsquo DELLA MOLECOLAbull Siccome la polaritagrave della molecola dipende dalla presenza di legami polari molecole che contengono solo legami apolari non saranno mai polari (es tutti gli idrocarburi comebull tutte le molecole biatomiche con un legame polare saranno polari (crsquoegrave un solo vettore dunque la risultante egrave sempre diversa da zero)

ndashEs

Dalla polaritagrave del legame

alla polaritagrave della molecola

H H O OC H

H

H

HC CH

H

H

H

H Cl Cu O

bull le molecole con diversi legami polari possono dare combinazioni diverse di seguito ne esamineremo alcune

ANIDRIDE CARBONICA (CO2)bull Formula di Lewis bull Legami C=O covalente polare doppiobull Geometria ACX2E0 il carbonio (e tutta la molecola egrave lineare)bull Polaritagrave della molecola vedi sotto

Polaritagrave della molecolaO C O

Altri esempi sono il trifluoruro di boro (BF3) o il tetracloruro di carbonio (CCl4)

I due vettori si annullano la polaritagrave

risultante egrave nulla

In entrambi i casi i tutti i vettori si

annullano

Alcool etilico (C2H5OH)bull Formula di Lewis

bull Legami C-O O-H covalenti polari C-C C-H covalenti apolari bull Geometria AC12X4E0 i carboni sono tetraedrici AOX2E2 lrsquoO egrave angolare

bull Polaritagrave della molecola gli unici legami polari sono C-O e O-H il resto della molecola saragrave sicuramente apolare

Polaritagrave della molecolaC

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H1094

1049

H

C

C

H H

O

H

H H

La risultante saragrave pertanto diversa da zero dunque la molecola saragrave polare (la polaritagrave saragrave concentrata nella zona con il legame O-H

EsercizioStabilire quale delle seguenti molecole egrave piugrave polare fra bull alcool metilico etilico propilico (CH3OH C2H5OH C3H7OH)

Polaritagrave della molecola

C

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H

Poicheacute la parte polare rimane sempre uguale mentre la parte apolare diventa sempre maggiore la molecola piugrave polare delle tre egrave lrsquoalcool metilico

CH

H

H

O H C

H

H

OC HC

H

H

H

H

H

La polaritagrave nel metanolo egrave piugrave ldquoconcentratardquo e viene ldquodiluitardquo nelle altre due molecole che sono di dimensioni maggiori

Proprietagrave delle sostanze molecolarilo stato fisico

bull Come giagrave detto le proprietagrave delle sostanze molecolari dipendono dalla polaritagrave

bull Es ndash solubilitagravemiscibilitagrave in acquandash Stato fisico Temperature di fusione o ebollizione (la

polaritagrave determina il tipo di legami secondari che si formano fra le molecole)

bull Piugrave i legami secondari saranno intensi piugrave saragrave difficile portare quella sostanza dallo stato solido a quello liquido od aeriforme

bull Premesso che lo stato fisico ad una determinata T dipende molto dalla dimensione della molecola (molecole ad elevata MM saranno piugrave facilmente solide) andiamo ora ad analizzare il tipo di legame secondario per ciascun tipo di molecole

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

Geometria Spazialeteoria VSEPR

DETERMINARE LA GEOMETRIA dellrsquoacido Nitrico

Per determinare la geometria dobbiamo studiare la disposizione degli atomi non terminali ovvero N e lrsquoO legato allrsquoH AOX2E2 LrsquoO egrave legato con 2 atomi (N e H) e ha 2 coppie

elettroniche di non legame atomo angolare con un angolo simile a quelli del tetraedro (1094deg) deformato dalla presenza delle coppie su O (angolo 1049deg)

NOO

O

H

bull ANX3E0 N egrave legato con tre atomi (3 O) e non ha coppie di NL la disposizione egrave triangolare planare (120deg)

120deg

1094deg

N O H

O

O

POLARITArsquo DELLA MOLECOLAbull la polaritagrave della molecola determina la maggior parte delle caratteristiche delle sostanze molecolaribull questa si determina combinando i vettori dei dipoli dei legami polari e verificando la presenza o meno di una risultantebull se la somma di tutti i vettori dei dipoli egrave diversa da zero la molecola saragrave polareEsH2OI due legami O-H sono polari la somma dei due vettori egrave diversa da zero perciograve lrsquoacqua egrave una molecola polare

Dalla polaritagrave del legame

alla polaritagrave della molecola

POLARITArsquo DELLA MOLECOLAbull Siccome la polaritagrave della molecola dipende dalla presenza di legami polari molecole che contengono solo legami apolari non saranno mai polari (es tutti gli idrocarburi comebull tutte le molecole biatomiche con un legame polare saranno polari (crsquoegrave un solo vettore dunque la risultante egrave sempre diversa da zero)

ndashEs

Dalla polaritagrave del legame

alla polaritagrave della molecola

H H O OC H

H

H

HC CH

H

H

H

H Cl Cu O

bull le molecole con diversi legami polari possono dare combinazioni diverse di seguito ne esamineremo alcune

ANIDRIDE CARBONICA (CO2)bull Formula di Lewis bull Legami C=O covalente polare doppiobull Geometria ACX2E0 il carbonio (e tutta la molecola egrave lineare)bull Polaritagrave della molecola vedi sotto

Polaritagrave della molecolaO C O

Altri esempi sono il trifluoruro di boro (BF3) o il tetracloruro di carbonio (CCl4)

I due vettori si annullano la polaritagrave

risultante egrave nulla

In entrambi i casi i tutti i vettori si

annullano

Alcool etilico (C2H5OH)bull Formula di Lewis

bull Legami C-O O-H covalenti polari C-C C-H covalenti apolari bull Geometria AC12X4E0 i carboni sono tetraedrici AOX2E2 lrsquoO egrave angolare

bull Polaritagrave della molecola gli unici legami polari sono C-O e O-H il resto della molecola saragrave sicuramente apolare

Polaritagrave della molecolaC

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H1094

1049

H

C

C

H H

O

H

H H

La risultante saragrave pertanto diversa da zero dunque la molecola saragrave polare (la polaritagrave saragrave concentrata nella zona con il legame O-H

EsercizioStabilire quale delle seguenti molecole egrave piugrave polare fra bull alcool metilico etilico propilico (CH3OH C2H5OH C3H7OH)

Polaritagrave della molecola

C

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H

Poicheacute la parte polare rimane sempre uguale mentre la parte apolare diventa sempre maggiore la molecola piugrave polare delle tre egrave lrsquoalcool metilico

CH

H

H

O H C

H

H

OC HC

H

H

H

H

H

La polaritagrave nel metanolo egrave piugrave ldquoconcentratardquo e viene ldquodiluitardquo nelle altre due molecole che sono di dimensioni maggiori

Proprietagrave delle sostanze molecolarilo stato fisico

bull Come giagrave detto le proprietagrave delle sostanze molecolari dipendono dalla polaritagrave

bull Es ndash solubilitagravemiscibilitagrave in acquandash Stato fisico Temperature di fusione o ebollizione (la

polaritagrave determina il tipo di legami secondari che si formano fra le molecole)

bull Piugrave i legami secondari saranno intensi piugrave saragrave difficile portare quella sostanza dallo stato solido a quello liquido od aeriforme

bull Premesso che lo stato fisico ad una determinata T dipende molto dalla dimensione della molecola (molecole ad elevata MM saranno piugrave facilmente solide) andiamo ora ad analizzare il tipo di legame secondario per ciascun tipo di molecole

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

POLARITArsquo DELLA MOLECOLAbull la polaritagrave della molecola determina la maggior parte delle caratteristiche delle sostanze molecolaribull questa si determina combinando i vettori dei dipoli dei legami polari e verificando la presenza o meno di una risultantebull se la somma di tutti i vettori dei dipoli egrave diversa da zero la molecola saragrave polareEsH2OI due legami O-H sono polari la somma dei due vettori egrave diversa da zero perciograve lrsquoacqua egrave una molecola polare

Dalla polaritagrave del legame

alla polaritagrave della molecola

POLARITArsquo DELLA MOLECOLAbull Siccome la polaritagrave della molecola dipende dalla presenza di legami polari molecole che contengono solo legami apolari non saranno mai polari (es tutti gli idrocarburi comebull tutte le molecole biatomiche con un legame polare saranno polari (crsquoegrave un solo vettore dunque la risultante egrave sempre diversa da zero)

ndashEs

Dalla polaritagrave del legame

alla polaritagrave della molecola

H H O OC H

H

H

HC CH

H

H

H

H Cl Cu O

bull le molecole con diversi legami polari possono dare combinazioni diverse di seguito ne esamineremo alcune

ANIDRIDE CARBONICA (CO2)bull Formula di Lewis bull Legami C=O covalente polare doppiobull Geometria ACX2E0 il carbonio (e tutta la molecola egrave lineare)bull Polaritagrave della molecola vedi sotto

Polaritagrave della molecolaO C O

Altri esempi sono il trifluoruro di boro (BF3) o il tetracloruro di carbonio (CCl4)

I due vettori si annullano la polaritagrave

risultante egrave nulla

In entrambi i casi i tutti i vettori si

annullano

Alcool etilico (C2H5OH)bull Formula di Lewis

bull Legami C-O O-H covalenti polari C-C C-H covalenti apolari bull Geometria AC12X4E0 i carboni sono tetraedrici AOX2E2 lrsquoO egrave angolare

bull Polaritagrave della molecola gli unici legami polari sono C-O e O-H il resto della molecola saragrave sicuramente apolare

Polaritagrave della molecolaC

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H1094

1049

H

C

C

H H

O

H

H H

La risultante saragrave pertanto diversa da zero dunque la molecola saragrave polare (la polaritagrave saragrave concentrata nella zona con il legame O-H

EsercizioStabilire quale delle seguenti molecole egrave piugrave polare fra bull alcool metilico etilico propilico (CH3OH C2H5OH C3H7OH)

Polaritagrave della molecola

C

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H

Poicheacute la parte polare rimane sempre uguale mentre la parte apolare diventa sempre maggiore la molecola piugrave polare delle tre egrave lrsquoalcool metilico

CH

H

H

O H C

H

H

OC HC

H

H

H

H

H

La polaritagrave nel metanolo egrave piugrave ldquoconcentratardquo e viene ldquodiluitardquo nelle altre due molecole che sono di dimensioni maggiori

Proprietagrave delle sostanze molecolarilo stato fisico

bull Come giagrave detto le proprietagrave delle sostanze molecolari dipendono dalla polaritagrave

bull Es ndash solubilitagravemiscibilitagrave in acquandash Stato fisico Temperature di fusione o ebollizione (la

polaritagrave determina il tipo di legami secondari che si formano fra le molecole)

bull Piugrave i legami secondari saranno intensi piugrave saragrave difficile portare quella sostanza dallo stato solido a quello liquido od aeriforme

bull Premesso che lo stato fisico ad una determinata T dipende molto dalla dimensione della molecola (molecole ad elevata MM saranno piugrave facilmente solide) andiamo ora ad analizzare il tipo di legame secondario per ciascun tipo di molecole

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

POLARITArsquo DELLA MOLECOLAbull Siccome la polaritagrave della molecola dipende dalla presenza di legami polari molecole che contengono solo legami apolari non saranno mai polari (es tutti gli idrocarburi comebull tutte le molecole biatomiche con un legame polare saranno polari (crsquoegrave un solo vettore dunque la risultante egrave sempre diversa da zero)

ndashEs

Dalla polaritagrave del legame

alla polaritagrave della molecola

H H O OC H

H

H

HC CH

H

H

H

H Cl Cu O

bull le molecole con diversi legami polari possono dare combinazioni diverse di seguito ne esamineremo alcune

ANIDRIDE CARBONICA (CO2)bull Formula di Lewis bull Legami C=O covalente polare doppiobull Geometria ACX2E0 il carbonio (e tutta la molecola egrave lineare)bull Polaritagrave della molecola vedi sotto

Polaritagrave della molecolaO C O

Altri esempi sono il trifluoruro di boro (BF3) o il tetracloruro di carbonio (CCl4)

I due vettori si annullano la polaritagrave

risultante egrave nulla

In entrambi i casi i tutti i vettori si

annullano

Alcool etilico (C2H5OH)bull Formula di Lewis

bull Legami C-O O-H covalenti polari C-C C-H covalenti apolari bull Geometria AC12X4E0 i carboni sono tetraedrici AOX2E2 lrsquoO egrave angolare

bull Polaritagrave della molecola gli unici legami polari sono C-O e O-H il resto della molecola saragrave sicuramente apolare

Polaritagrave della molecolaC

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H1094

1049

H

C

C

H H

O

H

H H

La risultante saragrave pertanto diversa da zero dunque la molecola saragrave polare (la polaritagrave saragrave concentrata nella zona con il legame O-H

EsercizioStabilire quale delle seguenti molecole egrave piugrave polare fra bull alcool metilico etilico propilico (CH3OH C2H5OH C3H7OH)

Polaritagrave della molecola

C

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H

Poicheacute la parte polare rimane sempre uguale mentre la parte apolare diventa sempre maggiore la molecola piugrave polare delle tre egrave lrsquoalcool metilico

CH

H

H

O H C

H

H

OC HC

H

H

H

H

H

La polaritagrave nel metanolo egrave piugrave ldquoconcentratardquo e viene ldquodiluitardquo nelle altre due molecole che sono di dimensioni maggiori

Proprietagrave delle sostanze molecolarilo stato fisico

bull Come giagrave detto le proprietagrave delle sostanze molecolari dipendono dalla polaritagrave

bull Es ndash solubilitagravemiscibilitagrave in acquandash Stato fisico Temperature di fusione o ebollizione (la

polaritagrave determina il tipo di legami secondari che si formano fra le molecole)

bull Piugrave i legami secondari saranno intensi piugrave saragrave difficile portare quella sostanza dallo stato solido a quello liquido od aeriforme

bull Premesso che lo stato fisico ad una determinata T dipende molto dalla dimensione della molecola (molecole ad elevata MM saranno piugrave facilmente solide) andiamo ora ad analizzare il tipo di legame secondario per ciascun tipo di molecole

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

ANIDRIDE CARBONICA (CO2)bull Formula di Lewis bull Legami C=O covalente polare doppiobull Geometria ACX2E0 il carbonio (e tutta la molecola egrave lineare)bull Polaritagrave della molecola vedi sotto

Polaritagrave della molecolaO C O

Altri esempi sono il trifluoruro di boro (BF3) o il tetracloruro di carbonio (CCl4)

I due vettori si annullano la polaritagrave

risultante egrave nulla

In entrambi i casi i tutti i vettori si

annullano

Alcool etilico (C2H5OH)bull Formula di Lewis

bull Legami C-O O-H covalenti polari C-C C-H covalenti apolari bull Geometria AC12X4E0 i carboni sono tetraedrici AOX2E2 lrsquoO egrave angolare

bull Polaritagrave della molecola gli unici legami polari sono C-O e O-H il resto della molecola saragrave sicuramente apolare

Polaritagrave della molecolaC

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H1094

1049

H

C

C

H H

O

H

H H

La risultante saragrave pertanto diversa da zero dunque la molecola saragrave polare (la polaritagrave saragrave concentrata nella zona con il legame O-H

EsercizioStabilire quale delle seguenti molecole egrave piugrave polare fra bull alcool metilico etilico propilico (CH3OH C2H5OH C3H7OH)

Polaritagrave della molecola

C

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H

Poicheacute la parte polare rimane sempre uguale mentre la parte apolare diventa sempre maggiore la molecola piugrave polare delle tre egrave lrsquoalcool metilico

CH

H

H

O H C

H

H

OC HC

H

H

H

H

H

La polaritagrave nel metanolo egrave piugrave ldquoconcentratardquo e viene ldquodiluitardquo nelle altre due molecole che sono di dimensioni maggiori

Proprietagrave delle sostanze molecolarilo stato fisico

bull Come giagrave detto le proprietagrave delle sostanze molecolari dipendono dalla polaritagrave

bull Es ndash solubilitagravemiscibilitagrave in acquandash Stato fisico Temperature di fusione o ebollizione (la

polaritagrave determina il tipo di legami secondari che si formano fra le molecole)

bull Piugrave i legami secondari saranno intensi piugrave saragrave difficile portare quella sostanza dallo stato solido a quello liquido od aeriforme

bull Premesso che lo stato fisico ad una determinata T dipende molto dalla dimensione della molecola (molecole ad elevata MM saranno piugrave facilmente solide) andiamo ora ad analizzare il tipo di legame secondario per ciascun tipo di molecole

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

Alcool etilico (C2H5OH)bull Formula di Lewis

bull Legami C-O O-H covalenti polari C-C C-H covalenti apolari bull Geometria AC12X4E0 i carboni sono tetraedrici AOX2E2 lrsquoO egrave angolare

bull Polaritagrave della molecola gli unici legami polari sono C-O e O-H il resto della molecola saragrave sicuramente apolare

Polaritagrave della molecolaC

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H1094

1049

H

C

C

H H

O

H

H H

La risultante saragrave pertanto diversa da zero dunque la molecola saragrave polare (la polaritagrave saragrave concentrata nella zona con il legame O-H

EsercizioStabilire quale delle seguenti molecole egrave piugrave polare fra bull alcool metilico etilico propilico (CH3OH C2H5OH C3H7OH)

Polaritagrave della molecola

C

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H

Poicheacute la parte polare rimane sempre uguale mentre la parte apolare diventa sempre maggiore la molecola piugrave polare delle tre egrave lrsquoalcool metilico

CH

H

H

O H C

H

H

OC HC

H

H

H

H

H

La polaritagrave nel metanolo egrave piugrave ldquoconcentratardquo e viene ldquodiluitardquo nelle altre due molecole che sono di dimensioni maggiori

Proprietagrave delle sostanze molecolarilo stato fisico

bull Come giagrave detto le proprietagrave delle sostanze molecolari dipendono dalla polaritagrave

bull Es ndash solubilitagravemiscibilitagrave in acquandash Stato fisico Temperature di fusione o ebollizione (la

polaritagrave determina il tipo di legami secondari che si formano fra le molecole)

bull Piugrave i legami secondari saranno intensi piugrave saragrave difficile portare quella sostanza dallo stato solido a quello liquido od aeriforme

bull Premesso che lo stato fisico ad una determinata T dipende molto dalla dimensione della molecola (molecole ad elevata MM saranno piugrave facilmente solide) andiamo ora ad analizzare il tipo di legame secondario per ciascun tipo di molecole

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

EsercizioStabilire quale delle seguenti molecole egrave piugrave polare fra bull alcool metilico etilico propilico (CH3OH C2H5OH C3H7OH)

Polaritagrave della molecola

C

H

H

OC HH

H

H

H

C

C

H H

O

H

H H

Poicheacute la parte polare rimane sempre uguale mentre la parte apolare diventa sempre maggiore la molecola piugrave polare delle tre egrave lrsquoalcool metilico

CH

H

H

O H C

H

H

OC HC

H

H

H

H

H

La polaritagrave nel metanolo egrave piugrave ldquoconcentratardquo e viene ldquodiluitardquo nelle altre due molecole che sono di dimensioni maggiori

Proprietagrave delle sostanze molecolarilo stato fisico

bull Come giagrave detto le proprietagrave delle sostanze molecolari dipendono dalla polaritagrave

bull Es ndash solubilitagravemiscibilitagrave in acquandash Stato fisico Temperature di fusione o ebollizione (la

polaritagrave determina il tipo di legami secondari che si formano fra le molecole)

bull Piugrave i legami secondari saranno intensi piugrave saragrave difficile portare quella sostanza dallo stato solido a quello liquido od aeriforme

bull Premesso che lo stato fisico ad una determinata T dipende molto dalla dimensione della molecola (molecole ad elevata MM saranno piugrave facilmente solide) andiamo ora ad analizzare il tipo di legame secondario per ciascun tipo di molecole

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

Proprietagrave delle sostanze molecolarilo stato fisico

bull Come giagrave detto le proprietagrave delle sostanze molecolari dipendono dalla polaritagrave

bull Es ndash solubilitagravemiscibilitagrave in acquandash Stato fisico Temperature di fusione o ebollizione (la

polaritagrave determina il tipo di legami secondari che si formano fra le molecole)

bull Piugrave i legami secondari saranno intensi piugrave saragrave difficile portare quella sostanza dallo stato solido a quello liquido od aeriforme

bull Premesso che lo stato fisico ad una determinata T dipende molto dalla dimensione della molecola (molecole ad elevata MM saranno piugrave facilmente solide) andiamo ora ad analizzare il tipo di legame secondario per ciascun tipo di molecole

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

Legami secondari e lo stato fisico

bull Molecole polarindash Legame a ponte idrogeno (presente solo nelle

molecole in cui siano presenti legami principali H-F H-O H-N)

ndash Legame dipolo ndash dipolo (presente nelle molecole polari che non sono in grado di formare legami idrogeno)

ndash Legame ione ndash dipolo (si forma fra ioni e dipoli)

bull Molecole apolarindash Legame dipolo indotto ndash dipolo indotto

Forze di London (si formano fra molecole apolari dove non ci sono dipoli permanenti)

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

MOLECOLE POLARI

IL LEGAME A IDROGENO

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

bull si forma fra molecole polari che contengono un legame covalente O-H F-H N-Hbull H egrave parzialmente positivo lrsquoaltro atomo egrave parzialmente negativo bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra lrsquoatomo di idrogeno di una molecola e lrsquoaltro atomo (O F N) di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame idrogeno

+ - -

+ +

+

O egrave parzialmente negativo mentre i due H sono parzialmente positivi Quando due molecole di acqua si avvicinano si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra O di una di esse e un H dellrsquoaltra Si forma cosigrave un legame a idrogeno fra le due molecole

Legame idrogen

o

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

Legami secondarilegame idrogeno

bull Egrave il legame secondario piugrave intenso fra tutti (Energia di legame asymp 10 divide 30 kJmol)bull Ha una direzione preferenziale (dunque nello stato solido le sostanze saranno cristalline)

Le sostanze che formano legami secondari idrogeno saranno dunquebull molto solubilimiscibili in acqua (con la quale formano legame H)bull Liquide o solide a T ambiente (dipende da quanti legami H formano per ogni molecola e dalla MM)bull Non conduttrici di corrente fatta eccezione per gli acidi (sostanze con la formula simile a HNO3 HClO4hellip ) in soluzione acquosabull Cristallini e fragili allo stato solido (es ghiaccio)

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

MOLECOLE POLARI

LEGAME DIPOLO - DIPOLO

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

bull si forma in molecole polari che contengono dipolo permanente bull Si stabilisce unrsquoattrazione elettrostatica fra la parte δ+ di una molecola δ- di unrsquoaltra molecola

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipolo

bull In una sostanza polare le molecole hanno momenti dipolari permanenti per cui tendono ad allinearsi con lrsquoestremitagrave positiva di un dipolo diretta verso lrsquoestremitagrave negativa del dipolo vicino

bull Es H ndash Cl ∙∙∙∙∙ H ndash Cl bull Sono forze generalmente deboli 3-10 kJmol

δ+ δ-δ-δ+

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

Legami secondari e stato fisico

legame dipolo - dipoloLe sostanze che formano legami secondari dipolo-dipolo saranno dunque bull Generalmente solubili in acqua con la quale formano interazioni dipolo ndash dipolobull A T ambiente sono aeriformi se la MM egrave bassa o liquidi se la molecola egrave piugrave pesante

bull non conducono elettricitagrave in nessuno stato fisico neacute in soluzione acquosa (eccezione per HCl HBr HI che conducono in soluzione)

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

Legami secondari e stato fisico

legame ione - dipoloQueste forze sono responsabili delle interazioni che determinano la solubilitagrave delle sostanze ioniche in soluzioni acquose

bull il dipolo (es della molecola di acqua) interagisce con la carica elettrica degli ioni che costituiscono il reticolo ionico riuscendo a distaccarli e a portarli in soluzione

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

MOLECOLE APOLARI

LE FORZE DI LONDON

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

bull Le forze di dispersione sono delle deboli interazioni che si generano nelle molecole apolaribull non essendoci dei dipoli capaci di dare interazioni elettrostatiche permanenti si generano dei legami di breve durata fra molecole la cui nuvola elettronica diviene temporaneamente polarizzata

avvicinamento

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Molecola simmetrica gli e- sono distribuiti uniformemente

Nel loro moto casuale gli elettroni possono trovarsi distribuiti in modo non omogeneo polarizzando la molecola per un breve istante

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

bull il dipolo istantaneo generato dallrsquoasimmetria della nube elettronica puograve indurre un secondo dipolo (spostare gli elettroni) in una molecola apolare sufficientemente vicinabull Si possono creare in questo modo delle interazioni δ+ δ- di breve durata che prendono il nome di forze di Londonbull LrsquoELEGAME asymp 05 ndash 10 kJmolbull Lrsquointensitagrave dellrsquointerazione dipende dalla quantitagrave di legami presenti nella molecola (quindi aumenta con la MM)bull Dipende anche dalla forma della molecola stessa molecole con una maggiore superficie di contatto hanno unrsquoenergia di legame maggiore

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

Proprietagrave delle molecole che formano il legame di London

bull Sono sempre insolubiliimmiscibili in acqua e solubilimiscibili in solventi apolari

bull Sono generalmente aeriformi o liquidi a T ambiente sono solidi con MM gt 250 u Lo stato fisico dipende in larga misura dalla massa molarendash Es CH4 C4H10 C6H10 sono tutti apolari e quindi hanno solo le

forze di dispersione come interazione intermolecolare il loro aumento di massa fa passare le loro Teb da -161degC del metano (CH4) a -1degC del butano (C4H10) fino +69degC dellrsquoesano (C6H10)

bull Non conducono MAI corrente elettricabull Nello stato solido sono fragili e sublimano

facilmente (es naftalene iodiohellip)

Legami secondari e stato fisico

forze di dispersione di London

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108

hellipPer Concludere1 Individuiamo se nella formula sono presenti

solo metalli (in caso affermativo la sostanza egrave metallica in caso contrario si va avanti)

2 Determiniamo la formula di Lewis studiamo i tipi di legami presenti e verifichiamo se crsquoegrave un legame ionico (in caso affermativo la sostanza egrave ionica altrimenti si prosegue)

3 Determiniamo la geometria della molecola e ne verifichiamo la polaritagrave (in caso negativo la sostanza egrave molecolare apolare altrimenti si prosegue)

4 Verifichiamo la presenza di gruppi OH NH in caso affermativo il legame secondario egrave idrogeno altrimenti saragrave dipolo dipolo

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93
• Slide 94
• Slide 95
• Slide 96
• Slide 97
• Slide 98
• Slide 99
• Slide 100
• Slide 101
• Slide 102
• Slide 103
• Slide 104
• Slide 105
• Slide 106
• Slide 107
• Slide 108