La chimica del carbonio

La chimica del carbonio Lezione 5

Prova tu a rispondere e poi continua a leggere…. Domanda! Perché diamante e grafite sono formati dagli stessi atomi ma sono così diversi? Prova tu a rispondere e poi continua a leggere….

La chimica del carbonio Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità La chimica del carbonio Studia il carbonio e i suoi derivati Composti naturali Composti sintetici Carboidrati, proteine, acidi nucleici,…. Carburanti, farmaci, sostanze plastiche, … Il carbonio è uno dei costituenti principali di animali e piante

Il carbonio Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità Usato anche in tempi antichi e ottenuto bruciando sostanze organiche Lavoisier (XVIII sec) scopre che il carbonio è una sostanza semplice (atomi tutti dello stesso elemento chimico) I legami multipli tra atomi di carbonio sono molto stabili Possibilità di formare 10 milioni di composti si combina con altri atomi di carbonio oppure con alcuni altri elementi CO2 Anidride carbonica Cl Cloro CO Monossido di carbonio CHCL3 Cloroformio

Il carbonio Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità Configurazione elettronica dell’atomo di carbonio 1s2 2s2 2p2 2 orbitali p semipieni IBRIDAZIONE Passaggio di un elettrone dall’orbitale 2s sull’orbitale 2p vuoto Dovrebbe formare 2 legami covalenti 4 orbitali semipieni Carbonio tetravalente Nella molecola di metano il carbonio è tetravalente

4 nuovi orbitali ibridi identici sp3 Ibridazione Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità IBRIDAZIONE sp3 4 nuovi orbitali ibridi identici sp3 caratteristiche intermedie tra i due orbitali di partenza Disposizione orbitali: a 109,5° l’uno dall’altro Puntano verso i vertici di un tetraedro Struttura: tetraedro ESEMPIO: metano

LEGAME COVALENTE DOPPIO 3 orbitali di tipo sp2 + 1 orbitale p Ibridazione Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità IBRIDAZIONE sp2 LEGAME COVALENTE DOPPIO C=C 3 orbitali di tipo sp2 + 1 orbitale p caratteristiche intermedie tra i due orbitali di partenza Disposizione orbitali: a 120° l’uno dall’altro complanari Perpendicolare al piano individuato dagli altri 3 orbitali Struttura: planare ESEMPIO: Etilene (C2H4)

LEGAME COVALENTE TRIPLO 2 orbitali ibridi sp + 2 orbitali p Ibridazione Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità IBRIDAZIONE sp LEGAME COVALENTE TRIPLO C≡C 2 orbitali ibridi sp + 2 orbitali p caratteristiche intermedie tra i due orbitali di partenza Disposizione orbitali sp: a 180° l’uno dall’altro Disposizione orbitali p: Perpendicolari tra loro Perpendicolari ai 2 orbitali sp Struttura: lineare ESEMPIO: Anidride carbonica (CO2)

Ibridazione C C C Tipi di legami Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità Tipi di legami In chimica organica il Carbonio forma 4 legami che possono essere: 2 legami semplici e 1 legame doppio 1 legame semplice e 1 legame triplo 4 legami semplici C C C

Forme allotropiche Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità In natura il Carbonio è presente sotto diverse forme 3 forme allotropiche principali: GRAFITE DIAMANTE FULLERENE Diverse strutture cristalline

Forme allotropiche Diamante Tetraedro regolare Legami covalenti Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità Diamante Tetraedro regolare Legami covalenti Ibridazione sp3 Materiale più duro e miglior conduttore in natura Prodotto della natura (vulcani) e prodotto in laboratorio Atomi di carbonio ai vertici

Forme allotropiche Grafite Strati planari di esagoni regolari Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità Grafite Strati planari di esagoni regolari Ibridazione sp2 Buon conducibilità elettrica nella direzione dei piani Prodotto della natura (trasformazioni di sedimenti organici) e prodotto in industria Atomi di carbonio ai vertici

Forme allotropiche Fullerene Forma sferica o tubolare Struttura simile Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità Fullerene Forma sferica o tubolare Struttura simile alla grafite Quasi insolubile e molto stabile Scoperti nelle polveri di carbonio Atomi di carbonio ai vertici di esagoni regolari che formano la superficie Alcuni anelli di altre forme

Diamante e grafite: curiosità Introduzione Carbonio Ibridazione Forme allotropiche Diamante e grafite: curiosità Diamante e grafite Diamante e grafite provengono entrambi dal Carbonio ma hanno proprietà molto diverse. Diversa struttura cristallina (disposizione degli atomi nello spazio) la disposizione a tetraedro che si ha nel diamante gli conferisce la durezza La disposizione planare degli strati di grafite tenuti insieme da forze deboli fa sì che si sfaldi facilmente

La chimica del carbonio ESERCIZI

La chimica del carbonio Indica se ogni affermazione è vera (V) o falsa (F): Il carbonio non può essere sintetizzato in laboratorio □ V □ F I legami tra atomi di carbonio sono in generale molto stabili Lavoisier scopre il carbonio come sostanza semplice La configurazione elettronica di un atomo di carbonio non ibrido è 1s2 1s2 2p2 Nell’ibridazione sp3 il carbonio è tetravalente Nell’ibridazione sp2 si formano 4 orbitali identici Nell’ibridazione sp si forma un legame doppio covalente Un esempio di ibridazione sp è la CO2 Le diverse proprietà delle forme allotropiche del carbonio sono dovute alla diversa disposizione degli atomi Il diamante è un ottimo conduttore Il fullerene può avere 2 diverse tipologie di struttura cristallina

Soluzione Il carbonio non può essere sintetizzato in laboratorio □ V □ F I legami tra atomi di carbonio sono in generale molto stabili Lavoisier scopre il carbonio come sostanza semplice La configurazione elettronica di un atomo di carbonio non ibrido è 1s2 1s2 2p2 Nell’ibridazione sp3 il carbonio è tetravalente Nell’ibridazione sp2 si formano 4 orbitali identici Nell’ibridazione sp si forma un legame doppio covalente Un esempio di ibridazione sp è la CO2 Le diverse proprietà delle forme allotropiche del carbonio sono dovute alla diversa disposizione degli atomi Il diamante è un ottimo conduttore Il fullerene può avere 2 diverse tipologie di struttura cristallina

La chimica del carbonio Individua la risposta corretta: In una molecola di metano gli orbitali liberi formano angoli di A) 90° B) 109° C) 120° D) 180° La figura a lato rappresenta i legami di A) un atomo di carbonio non ibrido B) un atomo di carbonio con ibridazione sp3 C) un atomo di carbonio con ibridazione sp2 D) un atomo di carbonio con ibridazione sp Quale di queste affermazioni sul carbonio non è corretta? A) Il carbonio può formare milioni di composti B) Il carbonio è tetravalente C) Il cloro è un composto del carbonio D) L’ibridazione sp porta a una struttura lineare C

Soluzione In una molecola di metano gli orbitali liberi formano angoli di A) 90° B) 109° C) 120° D) 180° La figura a lato rappresenta i legami di A) un atomo di carbonio non ibrido B) un atomo di carbonio con ibridazione sp3 C) un atomo di carbonio con ibridazione sp2 D) un atomo di carbonio con ibridazione sp Quale di queste affermazioni sul carbonio non è corretta? A) Il carbonio può formare milioni di composti B) Il carbonio è tetravalente C) Il cloro è un composto del carbonio D) L’ibridazione sp porta a una struttura lineare C

La chimica del carbonio Qual è la struttura chimica della grafite?

Soluzione A B C D