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

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 2

Il legame ionico: NON CI SONO ELETTRONI IMPLICATI NEL LEGAME NON DIREZIONALE!! Epot= kc (QAQB/r) kc = 1/(4pe0) e0 = 8.85 x 10-12 C2 J-1 m-1 permittività del vuoto Epot è un numero negativo, quindi la coppia ionica A+B- è stabile 3

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 l’attrazione tra cariche opposte prevale sulla repulsione tra cariche opposte 4

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. CaF2, Ca3(PO4)2, NH4NO3, CaCO3 Sono solidi a T ambiente

Energia di potenziale di interazione 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): Epot= kcNa M (QAQB/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 6

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

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 8

l’Energia reticolare è -Ep 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 l’approssimazione a sfere rigide non è più del tutto valida Es: CaI2, MgBr2, Al2O3 etc..

Gli ioni che costituiscono le sostanze ioniche I metalli danno luogo a ioni positivi I non metalli con alta elettronegatività a ioni negativi NH4+, NO+, NO2+, VO2+, VO2+,Hg22+, BiO+

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.

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

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. NA

Energia elettrostatica di uno ione in un cristallo Es. NaCl NA z = carica dello ione (in questo caso = 1) e = carica dell’elettrone 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.

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 all’anione

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.

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.

Modello semplificato del legame metallico: 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

Malleabilità = lavorati in lamine sottili Duttilità = lavorati in fili sottili La malleabilità e duttilità diminuiscono all’aumentare della forza del legame metallico, che aumenta con l’aumento del numero di elettroni delocalizzati nel legame metallico.

Modello a bande del legame metallico Si basa sull’orbitale molecolare. Consideriamo orbitale molecolare di H2 e mettiamo in condizioni di temperatura di modo che formi un cristallo compatto con N molecole di H2. Poi aumento la pressione indebolendo legame covalente di tutte le molecole di H2 e creo un legame delocalizzato tra molecole diverse, fino a che non esiste più legame preferenziale con un altro atomo. Banda unica di livelli energetici molto vicini Ns* N orbitali molecolari di legame vuoti 2Ns N orbitali molecolari di legame pieni Ns Bassa temperatura Alta pressione

Conduzione elettrica in un solido Se l’applicazione 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. All’aumentare 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 l’energia termica (es. fornita dall’innalzamento della T) promuove un numero di elettroni nella banda vuota. Quindi ottengo due bande semiriempite, che determinano una piccola conduzione.

Metalli alcalini ns1 Ho 2N di elettroni di valenza che occupano la metà dei 2N livelli energetici e quindi banda semiriempita.

Metalli alcalino-terrosi ns2 Ho 4N di elettroni di valenza e per la maggior parte occupano la banda s e in piccola parte la banda p.

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

Elementi del 14 gruppo: il Carbonio nel diamante

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

Andamenti del legame metallico nella tabella periodica Scendendo lungo il gruppo, al diminuire dell’interazione 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