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Concetti Legame covalente Polarità di legame VSEPR Formule di struttura Legame ionico Legame di coordinazione Legame metallico Legame a idrogeno Tipi di.

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1 Concetti Legame covalente Polarità di legame VSEPR Formule di struttura Legame ionico Legame di coordinazione Legame metallico Legame a idrogeno Tipi di legame e ordine di legame

2 Legame covalente polare vs. legame ionico La polarità del legame aumenta allaumentare della differenza di elettronegatività Quando la differenza diventa molto grande (ca 2) la coppia elettronica di legame si considera completamente localizzata sullatomo a maggiore elettronegatività Il legame diventa un legame ionico

3 Il legame ionico: NON CI SONO ELETTRONI IMPLICATI NEL LEGAME E pot = k c (Q A Q B /r) k c = 1/(4 0 ) 0 = 8.85 x C 2 J -1 m -1 permittività del vuoto E pot è un numero negativo, quindi la coppia ionica A + B - è stabile Legame NON DIREZIONALE!!

4 Reticolo cristallino Un sistema di Na + ioni positivi e di Cl - ioni negativi organizzato in un reticolo cristallino è piu stabile rispetto a coppie isolate di ioni Na + e Cl -, perché lattrazione tra cariche opposte prevale sulla repulsione tra cariche opposte

5 Formule dei composti ionici Nella formula di un composto ionico il rapporto fra cationi e anioni è tale che la carica positiva totale dei cationi è uguale alla carica negativa totale degli anioni, in questo modo ottengo la neutralità del composto Es. CaF 2, Ca 3 (PO 4 ) 2, NH 4 NO 3, CaCO 3 Sono solidi a T ambiente

6 Energia di potenziale di interazione E pot = k c N a M (Q A Q B /r) M costante che dipende dal tipo di impacchettamento degli ioni nello spazio, cioè dal reticolo cristallino del composto ionico M sempre maggiore di 1 Energia complessiva di attrazione e repulsione (che è negativa) assumendo ioni mono- e poliatomici come sfere rigide cariche uniformemente sulla loro superficie (ossia cariche puntiformi) :

7 Il legame ionico Il legame ionico è la risultante delle interazioni elettrostatiche fra gli ioni estese a tutto il cristallo

8 Il legame ionico In questa figura i legami NON esistono. Sono riportati solo per apprezzare i numeri di coordinazione di Li + O 2-, ma NON SONO Coppie di Lewis NOTA BENE!!

9 lEnergia reticolare è -E p NaCl (s) Na + (g) + Cl - (g) Energia reticolare calcolata = 867 kJ mol -1 Energia di dissociazione sperimentale = 768 kJ mol -1 Non male come modello semplice per descrive il legame ionico! Ma non sempre tornano così bene, quando il legame non è ionico puro ma ho legame fortemente covalente oppure lapprossimazione a sfere rigide non è più del tutto valida Es: CaI 2, MgBr 2, Al 2 O 3 etc..

10 Gli ioni che costituiscono le sostanze ioniche I metalli danno luogo a ioni positivi I non metalli con alta elettronegatività a ioni negativi NH 4 +, NO +, NO 2 +, VO 2 +, VO 2 +,Hg 2 2+, BiO +

11 Raggio ionico Nel solido ionico LiI si calcola la distanza fra i due nuclei di I - e si definisce come riferimento il raggio ionico di I - per definire tutti gli altri raggi ionici degli elementi.

12 Geometria dei composti ionici Il numero di atomi che circondano il catione dipende dal rapporto fra i raggi ionici del catione e dellanione e dal rapporto di combinazione fra gli ioni positivo e negativo

13 La costante di Madelung La costante di Madelung è usata per determinare il potenziale elettrostatico di uno ione in un cristallo approssimando gli ioni con cariche puntiformi. Es. NaCl r = distanza tra Na + e Cl - Intorno a Na + ci sono: 6 Cl - a 1r, 12 Na + a 2r, 8 Cl - a 3r, 6 Na + at 4r, 24 Na + at 5r, ecc. NANA

14 Energia elettrostatica di uno ione in un cristallo z = carica dello ione (in questo caso = 1) e = carica dellelettrone La costante di Madelung La serie in [ ] è la costante di Madelung (M) La costante è un fattore geometrico ed è diversa a seconda del tipo di struttura cristallina del composto ionico. Es. NaCl NANA

15 La costante di Madelung La costante è un fattore geometrico ed è diversa a seconda del tipo di struttura cristallina del composto ionico. A = numero di anioni intorno al catione C = numero di cationi intorno allanione

16 Metalli e non metalli. Si definiscono metalli quegli elementi che hanno un numero di elettroni esterni inferiori ed in qualche caso uguale a quello degli orbitali esterni s e p, e che hanno una energia di ionizzazione relativamente bassa. Il passaggio dai metalli ai non metalli avviene con gradualità lungo ciascun gruppo e periodo e quindi non e' possibile stabilire una distinzione netta fra essi.

17 Metalli e non metalli Tuttavia i metalli hanno delle proprietà comuni che li distinguono dai non metalli, anche se possedute in grado diverso. Quelle principali sono: conducibilità termica ed elettrica solidi con strutture cristalline compatte (eccetto Hg) malleabilità e duttilità.

18 Modello semplificato del legame metallico: Elettroni mobili I legami sono delocalizzati nellintero cristallo e gli elettroni di valenza non sono legati ad un particolare atomo ma possono muoversi liberamente da un atomo allaltro Reticolo di cationi immersi in un mare di elettroni mobili

19 Malleabilità = lavorati in lamine sottili Duttilità = lavorati in fili sottili La malleabilità e duttilità diminuiscono allaumentare della forza del legame metallico, che aumenta con laumento del numero di elettroni delocalizzati nel legame metallico.

20 Modello a bande del legame metallico Si basa sullorbitale molecolare. Consideriamo orbitale molecolare di H 2 e mettiamo in condizioni di temperatura di modo che formi un cristallo compatto con N molecole di H 2. Poi aumento la pressione indebolendo legame covalente di tutte le molecole di H 2 e creo un legame delocalizzato tra molecole diverse, fino a che non esiste più legame preferenziale con un altro atomo. N 2Ns N Bassa temperatura Alta pressione N orbitali molecolari di legame pieni N orbitali molecolari di legame vuoti Banda unica di livelli energetici molto vicini

21 Conduzione elettrica in un solido Se lapplicazione di un campo elettrico a un materiale causa uno spostamento di elettroni nella direzione e nel verso impartito dal campo, il materiale è conduttore Se invece il campo elettrico non influenza il moto degli elettroni lungo la direzione del campo, il materiale è un isolante 1. Solidi conduttori hanno bande parzialmente occupate da elettroni. Allaumentare di T la conduzione elettrica diminuisce 2. Solidi isolanti possiedono bande complete di elettroni e separate da quelle vuote da un grande salto di energia 3. Solidi semiconduttori possiedono un salto di energia una banda riempita e una vuota relativamente piccolo, tale che a lenergia termica (es. fornita dallinnalzamento della T) promuove un numero di elettroni nella banda vuota. Quindi ottengo due bande semiriempite, che determinano una piccola conduzione.

22 Metalli alcalini ns 1 Ho 2N di elettroni di valenza che occupano la metà dei 2N livelli energetici e quindi banda semiriempita.

23 Metalli alcalino-terrosi ns 2 Ho 4N di elettroni di valenza e per la maggior parte occupano la banda s e in piccola parte la banda p.

24 Elementi del gruppo 13 Conducono tutti, eccetto il B che è un debolissimo conduttore, perche gli orbitali esterni non riempiono la banda p

25 Elementi del 14 gruppo: il Carbonio nel diamante

26 Elementi del 14 gruppo: Si, Ge, Sn Hanno tutti stessa struttura del diamante Si e Ge sono semiconduttori; Sn è un conduttore

27 Andamenti del legame metallico nella tabella periodica Scendendo lungo il gruppo, al diminuire dellinterazione fra la carica nucleare e gli elettroni di valenza aumenta la delocalizzazione degli elettroni di valenza nel reticolo. Spostandosi lungo il periodo da sinistra a destra, aumenta la carica nucleare e il legame fra due atomi è meno delocalizzato


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