ORBITALI IBRIDI Slide N. 54 CHIMICA II Liceo SCIENZE APPLICATE ORBITALI IBRIDI II Liceo SCIENZE APPLICATE Prof. Patrizia MOSCATELLI pat58907@hotmail.it www.ianua.com/patrizia/scuola Liceo statale “Volterra” – Ciampino(RM) Slide N. 54

Gli elementi I sistemi biologici concentrano certi elementi e ne rifiutano altri, e questi processi possono richiedere energia. C’è una selezione naturale degli elementi. Quattro elementi (H, O, C, N) sono quelli base, >99% del numero di atomi Altri 7 elementi (Na, K, Ca, Mg, P, S e Cl) sono assolutamente essenziali, 0.9% del numero di atomi Altri elementi (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) sono necessari in alcune specie.

Presenza di elementi nel corpo umano Il 99% della massa corporea umana è costituita da sei elementi: ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto, calcio e fosforo. Elemento Percentuale di massa Ossigeno 65 Carbonio 18 Idrogeno 10 Azoto 3 Calcio 1.5 Fosforo 1.2 Potassio 0.2 Zolfo Cloro Sodio 0.1 Magnesio 0.05 Ferro, Cobalto, Rame, Zinco, Iodio <0.05 ciascuno Selenio, Fluoro <0.01 ciascuno

Riprendiamo i legami…… Tra due atomi si forma un legame covalente quando si ha sovrapposizione di legami atomici e la coppia di elettroni condivisi ha la massima probabilità di essere localizzata tra i due nuclei. In generale tutti i legami singoli formati dalla sovrapposizione FRONTALE di orbitali s o p o ibridi sono LEGAMI SIGMA Il legame di tipo σ (sigma), avviene tra due atomi che mettono in comune un elettrone ciascuno (avendo tali elettroni spin opposti) e si forma con la sovrapposizione degli orbitali più esterni Se la sovrapposizione dei due orbitali avviene LATERALMENTE si ha sempre un legame covalente di tipo π (pi greco) (lo si ha solo dopo un legame sigma) Il legame risultante si estende al di sopra e al di sotto il piano in cui giace il legame σ che congiunge i due stessi nuclei.

Ma come fa il C a fare illimitati composti? La struttura elettronica esterna del carbonio (C ) è s2p2 Ma questa configurazione non spiega la struttura dei composti del carbonio. Ad esempio nel metano il carbonio forma quattro legami C-H identici. 2s 2p Come è possibile dato che orbitali del carbonio s e p hanno energie diverse ?

TEORIA DELL’IBRIDAZIONE ASINO CAVALLA MULO

IBRIDAZIONE DEGLI ORBITALI viene recuperata con gli interessi. La soluzione sta nella IBRIDAZIONE DEGLI ORBITALI cioè Si trasformano in un ugual numero di orbitali isoenergetici Si prendono degli orbitali con differente energia sp sp s p + = dove gli elettroni si distribuiscono uniformemente Il totale dell’energia degli orbitali ibridi è = al totale dell’energia degli orbitali non ibridi L’ibridazione di orbitali atomici è un processo che richiede energia, ma aumentando il numero di elettroni “spaiati” su altrettanti orbitali ibridi, aumenta il numero dei legami covalenti che quell’atomo può formare. Quindi l’energia spesa inizialmente viene recuperata con gli interessi.

L’IBRIDAZIONE avviene in due fasi: promozione elettronica ibridazione in senso stretto

Promozione elettronica Se prendiamo ad esempio il Carbonio, l’elemento deve passare allo stato eccitato "promuovendo" un elettrone dall'orbitale 2s nell'or-bitale 2p vuoto (eccitazione), così da assumere una configurazione elettronica esterna di tipo: 2s 2p3. Questa operazione richiede una spesa energetica (circa 96 kcal/mole) ampiamente compensata dalla possibilità di formare due ulteriori legami (ad esempio, l'energia di un legame C-H è circa 100 kcal/mole). In questo modo, abbiamo, non più due elettroni spaiati in grado di formare due legami, bensì quattro, e quindi la possibilità di realizzare altrettanti legami con altri atomi.

A questo punto, siamo in grado di spiegare la formazione dei 4 legami covalenti con i 4 atomi di H, ma non la perfetta equivalenza degli stessi; infatti: 3 legami cova-lenti derivereb-bero dalla so-vrapposizione di ciascun orbitale 2p del C con l’or-bitale 1s di cia-scun atomo di H; 1 legame covalente deriverebbe dalla sovrapposizione dell’orbitale 1s di un atomo di H con l’orbitale 2s dell’atomo di C

IBRIDAZIONE sp L’orbitale 2s si combina con 1 solo dei 3 orbitali 2p. L’ orbitale s e l’or-bitale p danno 2 orbitali ibridi, a energia e forma intermedia rispet- to agli originali, che si dispongono a 180° di distanza l’uno dall’altro I 2 orbitali p non ibridi si disporran-no su piani perpendicolari rispetto a quello degli orbitali ibridi

IBRIDAZIONE sp2 L’orbitale 2s si combina con 2 dei 3 orbitali 2p. L’ orbitale s ed i 2 orbitali p danno 3 orbitali ibridi, a energia e forma intermedia rispetto agli originali. Si di-spongono a 120° di distanza l’uno dal-l’altro. L’orbitale p non ibrido si disporrà su un piano perpendicolare rispetto a quello degli orbitali ibridi

IBRIDAZIONE sp3 L’orbitale 2s si combina con tutti e 3 gli orbitali 2p. L’ orbitale s ed i 3 orbitali p danno 4 orbitali ibridi, a energia e forma intermedia rispetto agli originali. Si dispongono ai vertici di un tetraedro, a 109° di distanza l’uno dall’altro.

Il carbonio ha tre tipi di ibridazione Esempio del CARBONIO Il carbonio ha tre tipi di ibridazione sp3 quattro orbitali ibridi sp2 tre orbitali ibridi ed un orbitale p non ibrido sp2 p sp due orbitali ibridi e due orbitali p non ibridi p

Perché gli orbitali p servono per formare i legami p Perché esistono ibridazioni sp2 e sp che lasciano orbitali p non ibridati? Perché gli orbitali p servono per formare i legami p quindi ogni volta che abbiamo doppi legami sappiamo che un legame è s ed uno è p l’ibridazione del carbonio sarà sp2 se vi è un solo doppio legame sp se vi sono due doppi legami Il carbonio forma sempre quattro legami covalenti: 4 legami s con ibridazione sp3 3 legami s ed uno p con ibridazione sp2 2 legami s e due p con ibridazione sp

Il legame chimico provoca l’ibridazione degli orbitali s e p RIASSUMENDO Il legame chimico provoca l’ibridazione degli orbitali s e p determinando diversa orientazione nuova forma

ibridazione sp3 ibridazione sp2 ibridazione sp con Ibridazione dell’orbitale s 3 orbitale p 2 orbitali p 1 orbitali p ibridazione sp3 ibridazione sp2 ibridazione sp 4 orbitali sp3 3 orbitali sp2 +1 orbitale p 2 orbitali sp +2 orbitale p 4 legami  a 109° tetraedro 3 legami  a 120° complanari + 1 legame  2 legami  a 180° complanari + 2 legame  legami  formano solo gli orbitali ibridi gli orbitali p liberi. formano legami  perpendicolari al piano dei legami 