Geometria molecolare e polarità delle molecole IMPORTANTE!!

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

Energia di legame Energia necessaria per rompere il legame AB (g) A(g) + B(g)   Poiché una molecola STABILE ha energia negativa rispetto allo zero dato da A e B isolati, la energia di legame è sempre positiva

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

Il legame ionico E pot= kc (QAQB/r)

INTERAZIONE COULOMBIANA Il legame ionico E pot= kc (QAQB/r) INTERAZIONE COULOMBIANA NON DIREZIONALE!!

NON CI SONO ELETTRONI IMPLICATI NEL LEGAME Il legame ionico E pot= kc (QAQB/r) NON CI SONO ELETTRONI IMPLICATI NEL LEGAME

Reticolo cristallino Un sistema di Na ioni positivi e di Na ioni negativi organizzato in un reticolo cristallino è piu’ stabile rispetto a Na coppie isolate di ioni NaCl (s) Na+(g) + Cl-(g)

Energia di dissociazione ed energia reticolare NaCl (s) Na+(g) + Cl-(g) 768 kJ E pot= kcNa M (QAQB/r) 867 kJ

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

Il legame ionico NOTA BENE!! In questa figura i “legami” NON esistono. Sono riportati solo per apprezzare i numeri di coordinazione di Li+ O2-, ma NON SONO Coppie di Lewis

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

I composti di coordinazione Si è definito composto di coordinazione un composto in cui l'atomo centrale forma un numero di legami maggiore del suo numero di ossidazione quando esso sia maggiore o uguale a 0.

Composto di coordinazione Il metallo mette a disposizione orbitali vuoti Il legante mette a disposizione una coppia elettronica e un orbitale Sono legami molto polari, e la polarizzazione è diretta verso l’atomo che mette in compartecipazione la coppia elettronica= atomo donatore

Esempi di leganti

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

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 gradualita' lungo ciascun gruppo e periodo e quindi non e' possibile stabilire una distinzione netta fra essi. Tuttavia i metalli hanno delle proprieta' comuni anche se possedute in grado diverso. Quelle principali sono: conducibilita' termica ed elettrica, strutture cristalline compatte, malleabilita' e duttilita'. I metalli hanno energia di ionizzazione relativamente bassa.

Raffigurazione schematica del legame nei metalli: reticolo di cationi immersi in un “mare” di elettroni mobili + + Elettroni mobili + + I legami sono delocalizzati nell’intero cristallo e gli elettroni di valenza non sono legati ad un particolare atomo ma possono muoversi liberamente da un atomo all’altro

NON VUOL DIRE CHE ABBIA MINORE IMPORTANZA!!! I legami che abbiamo visto Legame covalente omopolare Legame covalente polare Legame ionico Legame di coordinazione Legame metallico Legame a idrogeno Il legame a idrogeno rientra tra le interazioni intermolecolari e sarà discusso nel capitolo successivo NON VUOL DIRE CHE ABBIA MINORE IMPORTANZA!!!

Le forze intermolecolari Interazioni di Van der Waals Interazioni deboli Forze di London Legame a idrogeno

Dipolo elettrico m=0 m>0 m=Qd m> > 0

Ottengo un dipolo elettrico. Si tratta di un dipolo permanente Ogni volta che ho un legame covalente tra due atomi con elettronegatività diversa, Ottengo un dipolo elettrico. Si tratta di un dipolo permanente m=Qd

Dipolo istantaneo

Dipolo indotto m=aE 75 J -1 vs 400000 Jmol-1 hn=dipende dalla energia di ionizzazione a=polarizzabilità r=separazione di carica m=aE 75 J -1 vs 400000 Jmol-1

Polarizzabilità Misura la facilità con la quale la nube elettronica puo’ venire distorta, per esempio dalla presenza di un campo elettrico o di un altro dipolo Dipende dalla forza con cui gli elettroni esterni sono vincolati al nucleo. Maggiore l’energia di ionizzazione, minore la polarizzabilità

Le molecole polari e l’interazione per orientazione Le molecole polari si attraggono reciprocamente per effetto dei loro dipoli in modo da rendere massima l’interazione dipolo-dipolo, detta anche interazione per orientazione Uattr  -m/d6 Deboli interazioni a corto raggio dovute alla presenza di dipoli elettrici istantanei rendono conto delle attrazioni fra molecole

Geometria molecolare e polarità delle molecole IMPORTANTE!!

Interazione per orientazione

Interazione per induzione Il dipolo permanente di una molecola induce su un’altra molecola, polare o non polare, un dipolo, chiamato indotto. Esiste una attrazione fra dipolo permanente e dipolo indotto.

Forze di interazione di van der Waals Le interazioni fra dipoli reciprocamente indotti, quelle per orientazione e quelle per induzione sono raggruppate sotto il termine generico di forze di interazione di van der Waals

Contributo % delle varie forze di van der Waals al legame intermolecolare (x10-30 Cm) a (x10-30 m3) Orient. % Disp. Induz. CO 0.40 1.99 99.9 HCl 3.50 2.63 15 81 4 HBr 2.67 3.61 3 94 HI 1.40 5.44 99.5 0.5 NH3 4.87 2.26 45 50 5 H2O 6.17 1.59 77 19

Interazioni di VdW e proprietà fisiche La temperatura di ebollizione è un indice della forze intermolecolari. Tanto esse sono maggiori tanto piu’ il composto tende ad avere alta Teb Dipende dallaPolarizzabilità!

Interazioni di VdW e proprietà fisiche Esse aumentano anche all’aumentare della complessità della molecola

CONCETTI Dipolo permanente FORZE INTERMOLECOLARI Dipolo istantaneo Interazione per orientazione Dipolo indotto Interazione per induzione Polarizzabilità Interazioni di VdW e proprietà fisiche Interazioni di VdW e tabella periodica

Legame a idrogeno

Legame a ponte di idrogeno Il legame di idrogeno si instaura fra un atomo di idrogeno legato a un atomo molto elettronegativo e una coppia solitaria dell’atomo molto elettronegativo appartenente a un’altra molecola O H H O H H

Legame a ponte di idrogeno

Natura elettrostatica? Legame direzionale Solo con O, N, F, in sistemi biologici anche con S Piu’ forte delle forze di VdW, ma un ordine di grandezza piu’ piccolo dei legami covalenti 20-40 kJ mol-1 Esiste una densità elettronica tra i due atomi, NON è uguale al legame ionico! E’ assimilabile ad un debole legame chimico