legame chimico

Fra due atomi di idrogeno agiscono forze repulsive ed attrative. a) repulsione fra elettroni b b) repulsione fra nuclei c) attrazione fra protone ed elettrone di atomi diversi c e- + e- +

I due atomi di idrogeno si pongono alla distanza per cui è minimo il valore di energia potenziale del sistema : 74 pm Energia (kJ.mole-1) 74 pm distanza fra i nuclei energia del legame H-H (458.1 kJ.mole-1) -458,1

Nella molecola di idrogeno la distanza fra i due nuclei è minore della somma dei due raggi atomici 53 pm 53 pm 74 pm

orbitali 1s orbitale s H H

1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 1s 2 He 1s2 3 Li 2s 4 Be 2s2 5 B 2s2p 6 C 2s2p2 7 N 2s2p3 8 O 2s2p4 9 F 2s2p5 10 Ne 2s2p6 11 Na 3s 12 Mg 3s2 13 Al 3s2p 14 Si 3s2p2 15 P 3s2p3 16 S 3s2p4 17 Cl 3s2p5 18 Ar 3s2p6 19 K 4s 20 Ca 4s2 21 Sc 3d,4s2 22 Ti 3d2,4s2 23 V 3d3,4s2 24 Cr 3d5,4s 25 Mn 3d5,4s2 26 Fe 3d6,4s2 27 Co 3d7,4s2 28 Ni 3d8,4s2 29 Cu 3d10,4s 30 Zn 3d10,4s2 31 Ga 4s2p 32 Ge 4s2p2 33 As 4s2p3 34 Se 4s2p4 35 Br 4s2p5 36 Kr 4s2p6 37 Rb 5s 38 Sr 5s2 39 Y 4d,5s2 40 Zr 4d2,5s2 41 Nb 4d3,5s2 42 Mo 4d5,5s 43 Tc 4d5,5s2 44 Ru 4d6,5s2 45 Rh 4d7,5s2 46 Pd 4d8,5s2 47 Ag 4d10,5s 48 Cd 4d10,5s2 49 In 5s2p 50 Sn 5s2p2 51 Sb 5s2p3 52 Te 5s2p4 53 I 5s2p5 54 Xe 5s2p6

Cl + Cl Cl2 y z x y z x y z Orbitale s 200 pm 243 kJ/mole

1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 1s 2 He 1s2 3 Li 2s 4 Be 2s2 5 B 2s2p 6 C 2s2p2 7 N 2s2p3 8 O 2s2p4 9 F 2s2p5 10 Ne 2s2p6 11 Na 3s 12 Mg 3s2 13 Al 3s2p 14 Si 3s2p2 15 P 3s2p3 16 S 3s2p4 17 Cl 3s2p5 18 Ar 3s2p6 19 K 4s 20 Ca 4s2 21 Sc 3d,4s2 22 Ti 3d2,4s2 23 V 3d3,4s2 24 Cr 3d5,4s 25 Mn 3d5,4s2 26 Fe 3d6,4s2 27 Co 3d7,4s2 28 Ni 3d8,4s2 29 Cu 3d10,4s 30 Zn 3d10,4s2 31 Ga 4s2p 32 Ge 4s2p2 33 As 4s2p3 34 Se 4s2p4 35 Br 4s2p5 36 Kr 4s2p6 37 Rb 5s 38 Sr 5s2 39 Y 4d,5s2 40 Zr 4d2,5s2 41 Nb 4d3,5s2 42 Mo 4d5,5s 43 Tc 4d5,5s2 44 Ru 4d6,5s2 45 Rh 4d7,5s2 46 Pd 4d8,5s2 47 Ag 4d10,5s 48 Cd 4d10,5s2 49 In 5s2p 50 Sn 5s2p2 51 Sb 5s2p3 52 Te 5s2p4 53 I 5s2p5 54 Xe 5s2p6

N + N N2 Per sovrapposizione dei tre orbitali p si formano tre y y x z Per sovrapposizione dei tre orbitali p si formano tre orbitali molecolari: un orbitale s e due orbitali p

N2 x x orbitale s z z z z x x orbitale p xz xy x x orbitale p y y y y

1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 1s 2 He 1s2 3 Li 2s 4 Be 2s2 5 B 2s2p 6 C 2s2p2 7 N 2s2p3 8 O 2s2p4 9 F 2s2p5 10 Ne 2s2p6 11 Na 3s 12 Mg 3s2 13 Al 3s2p 14 Si 3s2p2 15 P 3s2p3 16 S 3s2p4 17 Cl 3s2p5 18 Ar 3s2p6 19 K 4s 20 Ca 4s2 21 Sc 3d,4s2 22 Ti 3d2,4s2 23 V 3d3,4s2 24 Cr 3d5,4s 25 Mn 3d5,4s2 26 Fe 3d6,4s2 27 Co 3d7,4s2 28 Ni 3d8,4s2 29 Cu 3d10,4s 30 Zn 3d10,4s2 31 Ga 4s2p 32 Ge 4s2p2 33 As 4s2p3 34 Se 4s2p4 35 Br 4s2p5 36 Kr 4s2p6 37 Rb 5s 38 Sr 5s2 39 Y 4d,5s2 40 Zr 4d2,5s2 41 Nb 4d3,5s2 42 Mo 4d5,5s 43 Tc 4d5,5s2 44 Ru 4d6,5s2 45 Rh 4d7,5s2 46 Pd 4d8,5s2 47 Ag 4d10,5s 48 Cd 4d10,5s2 49 In 5s2p 50 Sn 5s2p2 51 Sb 5s2p3 52 Te 5s2p4 53 I 5s2p5 54 Xe 5s2p6

H + Cl HCl z y x H Cl z x y 127 pm 420 kJ/mole

z y x H Cl d+ d- Gli elettroni dell'orbitale  dell'HCl sono più vicini al nucleo dell'atomo di cloro che a quello dell'atomo di idrogeno perché il cloro è più elettronegativo (En=3.0) dell'idrogeno (En=2.1)

Scala delle elettronegatività H 2,1 Li 1,0 Na K 0,9 Rb Cs 0,8 Fr Be 1,5 Mg 1,2 Ca Sr Ba Ra B 2,0 Al Sc 1,3 Ac 1,1 Ti 1,4 V Cr 1,6 Mn Fe 1,7 Co Ni 1,8 Cu Zn Ga In Tl C 2,5 Si Ge 1,9 Sn Pb N 3,0 P As Sb Bi O 3,5 S Se 2,4 Te Po F 4,0 Cl Br 2,8 I At Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Scala delle elettronegatività

H2O

O Z=8 z 1 2 1s2, 2s2p4 x y

2H + O  H2O z y x H O H O repulsione z y x O H ibridazione

O l simbolo: Z = 8 elemento: ossigeno L'orbitale s ed i tre orbitali p si ibridizzano formando quattro orbitali sp3 n 1 2 3 4 5 l

Ibridazione sp3 degli orbitali dell'ossigeno

O Nell’acqua si ha ibridazione sp3 degli orbitali di valenza dell’ossigeno O H H

d- O m H H d+ d+

3 H + N  NH3

N z Z = 7 H 1 2 N H x H y NH3 repulsione

NH3 z H N H x H ibridazione y N repulsione H H H

N l simbolo: Z = 7 elemento: azoto Nell’ammoniaca, l'orbitale s ed i tre orbitali p dell’azoto si ibridizzano originando quattro orbitali sp3 l n 1 2 3 1 2 3 4 5

Nell’ammoniaca si ha ibridazione sp3 degli orbitali di valenza dell’azoto H N

sp3 CH4 (metano) C a promozione ibridazione sp3 s px py pz s px py pz

sp2 H H C C H H C2H4 (etene) p H H s H H promozione ibridazione s px py pz s px py pz pz sp2 sp2 p H H s H xy xy H

sp2 BCl3 B Cl Cl Cl xy promozione ibridazione s px py pz s px py pz pz

Ibridazione sp degli orbitali del Carbonio promozione ibridazione py pz s px py pz s px py pz sp

Ibridazione sp p C C p O C O s H-CC-H xz s H H sp sp O=C=O xy p p xz

legame dativo Cl2O Cl2O3 Cl2O5 Cl2O7

Cl O Cl Cl Cl O Ossido di dicloro

: : : : O Cl O Cl O : : Cl Cl O O O Triossido di dicloro

O Assumendo questa configurazione elettronica, l’ossigeno può ricevere un lone pair dal cloro

O Cl O Cl O O O Cl Cl O O O O O Pentossido di dicloro

O O O O O Cl O Cl O O O Cl Cl O O O O O Eptossido di dicloro

Cl O Cl Anidride ipoclorosa Nell’ossido di dicloro l’atomo di cloro ha numero di ossidazione +1 -2 +1 +1 Cl O Cl Anidride ipoclorosa

O O Cl O Cl Anidride clorosa Nel triossido di dicloro l’atomo di cloro ha numero di ossidazione +3 +2 +1 +1 O +2 Cl O Cl O Anidride clorosa

O Cl O Cl O O O Anidride clorica Nel pentossido di dicloro l’atomo di cloro ha numero di ossidazione +5 +2 +1 +1 O +2 Cl O Cl O +2 +2 O O Anidride clorica

O O O Cl O Cl O O O Anidride perclorica Nell’eptossido di dicloro l’atomo di cloro ha numero di ossidazione +7 O O +2 +2 +2 +1 +1 O +2 Cl O Cl O +2 +2 O O Anidride perclorica

P O H O H O H3PO4 Acido fosforico P O-H H-O O OH

S O O-H H2SO4 Acido solforico S O-H H-O O

S Valence Shell O Electron Pair Repulsion biossido di zolfo o anidride solforosa

O S O O triossido di zolfo o anidride solforica

S O risonanza

Cl- H+ Cl H HCl risuona fra una forma limite covalente risonanza H-Cl H+ Cl- HCl risuona fra una forma limite covalente omopolare e una forma limite ionica

legami ad elettroni delocalizzati

1,3-butadiene H H H

Legame ad elettroni delocalizzati 1,3-butadiene H

C6H6 (benzene) H H H H H H

Nel benzene i sei elettroni p sono completamente delocalizzati nell’intera struttura carboniosa. H Rappresentazione grafica

aromaticità energia Energia di risonanza addizionale energia delle forme limite di Kelulé Energia di risonanza addizionale energia dell’ibrido di risonanza

legami elettrostatici

esempio di legame ione-ione Cristallo di NaCl esempio di legame ione-ione NaCl

Soluzione acquosa di NaCl esempio di legame ione-dipolo

Soluzione acquosa di ossigeno esempio di legame dipolo permanente - dipolo indotto

legame idrogeno

a temperatura ambiente ? Perché Br2 è liquido a temperatura ambiente ?

legame di van der Waal's d+ d- d+ d- dipolo istantaneo dipolo indotto

Mg Mg2+ I nodi reticolari sono ocupati da ioni del metallo. Cristallo metallico I nodi reticolari sono ocupati da ioni del metallo. Una nuvola di elettroni occupa l’intero volume occupato dal cristallo (solido metallico)