energia di legame= - energia potenziale

Presentazione sul tema: "energia di legame= - energia potenziale"— Transcript della presentazione:

1 energia di legame= - energia potenziale
È l’energia che si deve fornire al sistema A-B o A-A per rompere il legame per mole di molecole: A-A(g)  A(g) + A(g) A-B(g)  A(g) + B(g) Molecole biatomiche omonucleari Molecole biatomoche eteronuclari Energia potenziale Forze repulsive attrattive Distanza di legame H2(g) + E H(g) energia di legame= - energia potenziale energia di legame > 0

2 Energia di legame Nel caso di molecole poliatomiche del tipo ABn (CH4, NH3, etc.) e An (S8, P4 etc.): ABn (g)  A(g) + nB(g) An (g)  nA(g) L’energia di legame si ottiene dividendo per n il valore di energia totale in gioco nella reazione, ottenendo un valore medio di energia di legame.

3 Si consideri, ad esempio, la molecola H2O, nella quale si hanno due legami O-H che possono dissociarsi in due stadi: H2O → HO + H HO → O + H Sebbene i due processi appaiano identici, corrispondendo entrambi alla rottura di un legame O-H le due energie di dissociazione sono diverse. Ciò è dovuto alla diversità tra H2O e HO che sono caratterizzate da distanze O-H diverse e quindi da forze di legame diverse. Per questo si definisce un’energia di legame media tra due elementi A e B come il rapporto tra l’energia di dissociazione della molecola ABn e il numero n. Così, nel caso della molecola H2O l’energia di dissociazione della molecola, cioè l’energia associata al processo: H2O → 2 H + O è di 219 kcal mol-1 e quindi l’energia media del legame OH è di kcal mol-1.

4 L’energia di uno stesso legame rimane in prima approssimazione la stessa in molecole diverse.
L’energia del legame C—H presente nella molecola di CH4 è diversa da quella del legame C—H nella molecola di C2H4, ma non è neppure esattamente uguale all’energia dello stesso legame nella molecola di CHCl3. Tuttavia, essendo state eseguite numerose determinazioni su composti differenti, è possibile disporre di valori medi di energia di legame tra atomi in diverse situazioni molecolari e questi dati risultano utili per calcolare le energie potenziali delle molecole.

5 Lunghezza di legame ed energia di legame
(pm) Energia di legame (kJ mol-1) Ordine di legame C-C 154 343 1 C=C 133 615 2 CC 120 812 3 N-N 147 159 N=N 125 418 NN 110 946 C-N 293 C=N CN 115 879

6 Energia di legame Energia di legame H-X media

7 La polarità del legame chimico
Dato che ogni atomo ha diverse tendenze a richiamare a se elettroni perche’ hanno diverse affinità elettroniche, mi aspetto che, quando ho molecole fatte da atomi diversi, gli elettroni di legame non sono equamente condivisi: si parla di legame covalente polare

8 Polarità dei legami covalenti
Sezioni di superficie a 2 costante La densità elettronica è spostata maggiormente verso uno dei due atomi d- d+ d- d+ d- d+ d- d+

9 Momento dipolare Un dipolo elettrico si forma quando due cariche puntiformi di uguale intensità ma di segno opposto sono collocate a una certa distanza r. Al dipolo è associato un certo momento dipolare ( µ ) dato dal prodotto tra l'intensità di carica Q e la distanza r: Il momento dipolare è rappresentato da un vettore (dato che è una grandezza vettoriale) parallelo all’asse di legame, con la freccia che va dall’atomo avente d+ verso quello avente d-. L’unità SI del momento dipolare è il coulomb•metro ma spesso si misura debye (D) 1 C•m = 2,9979•1029 D

10 Dipolo molecolare Una molecola, pur essendo globalmente neutra, è sede di un momento dipolare permanente quando il centro delle cariche positive dei nuclei e quello delle cariche negative degli elettroni non coincidono. d d-

11 Tendenza di un atomo ad attrarre la coppia di elettroni di legame
Elettronegativita’ Tendenza di un atomo ad attrarre la coppia di elettroni di legame

12 Elettronegativita’. Scala di Mulliken
Mulliken: c = k(EI+A) La media tra la Energia di prima ionizzazione e la Affinità elettronica E’ una proprietà periodica Espressa in funzione di un indice arbitrario tra 0 e 4 La tabella è incompleta perche’ non per tutti gli elementi è nota l’affinità elettronica.

13 Elettronegatività degli elementi
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 H 2,25 Li 0,97 Be 1,54 B 2,04 C 2,48 N 2,90 O 3,41 F 3,91 Na 0,91 Mg 1,37 Al 1,83 Si 2,28 P 2,30 S 2,69 Cl 3,10 K 0,73 Ca 1,08 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu 1,49 Zn 1,65 Ga 2,01 Ge 2,33 As 2,26 Se 2,60 Br 2,95 Rb 0,69 Sr 1,00 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag 1,47 Cd 1,53 In 1,76 Sn 2,21 Sb 2,12 Te 2,41 I 2,74 Cs 0,62 Ba 0,88 La * 1,95 Hf Ta W Re Os Ir Pt Au 1,87 Hg 1,81 Tl 1,96 Pb 2,41 Bi 2,15 Po 2,48 At 2,85 Fr 0,68 Ra 0,92 Ac ** 1,95

14 Elettronegativita’: Scala di Allred-Rochow
Puo’ anche essere calcolata considerando la energia di attrazione di un nucleo sull’elettrone di un doppietto di legame, a distanza di legame media. Valori in accordo con la scala di Mulliken Trattandosi di valori calcolati sono disponibili per tutti gli elementi

15 Elettronegatività degli elementi secondo Allred-Rochov
I lantanidi hanno valori di elettronegatività compresi tra 1.10 e 1.27

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17 Polarità dei legami covalenti
Tanto più un atomo è elettronegativo rispetto all’altro, tanto più attira a sé gli elettroni di legame. La densità di carica degli elettroni di legame è maggiore nelle vicinanze dell’atomo più elettronegativo. Se la differenza di elettronegatività è molto grande si puo’ pensare che gli elettroni di legame sono solo localizzati sull’atomo più elettronegativo -> legame ionico Sezioni di superficie a 2 costante in un legame ionico

18 Alcuni autori riportano valori di differenza di elettronegatività (Δχ) per i quali due elementi danno luogo ad un legame ionico, questi valori vanno da 1,7 (corrisponde a una percentuale di ionicità maggiore al 60%) a 2,0. Tuttavia il discernimento tra legame ionico e covalente per alcuni composti non è netto, si hanno quindi legami covalenti con marcato carattere ionico. Si definisce quindi la percentuale di carattere ionico di un legame chimico che può essere dedotta a partire dai valori di elettronegatività degli elementi che partecipano al legame, attraverso la seguente relazione: % ionicità =

19 Il legame nelle molecole poliatomiche
Formule di struttura

20 Ogni atomo tende ad essere circondato da 4 coppie elettroniche
Regola dell’ottetto Ogni atomo che utilizza nel legame i soli orbitali s e p tende ad assumere in un composto una configurazione elettronica esterna con otto elettroni (stabile) Ogni atomo tende ad essere circondato da 4 coppie elettroniche Le coppie elettroniche possono indistintamente essere di legame o di non legame

21 Molecole biatomiche, CO, N2, O2 etc….
ESEMPI Molecole biatomiche, CO, N2, O2 etc…. Molecole poliatomiche CH4, CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4, NH3, H2O, NH4+, H2S, PCl3, PH3

22 Il legame nelle molecole biatomiche
Isolettroniche = Stessa formula di Lewis Isolettroniche = Stessa formula di Lewis

23 NO

24 CH4 Genero una stato eccitato di C che richiede energia ma questa perdita di energia è piu’ che controbilanciata dalla energia che il sistema acquisisce grazie alla formazione 4 legami covalenti C-H.

25 CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4, Genero una stato eccitato di C che richiede energia ma questa perdita di energia è piu’ che controbilanciata dalla energia che il sistema acquisisce grazie alla formazione legami covalenti C-H e C-Cl.

26 NH3, H2O, NH4+, H2S, PCl3, PH3 /S /3s /3p /P /3s /3p Ione ammonio

27 Eccezioni alla regola dell’ottetto
L’idrogeno che possiede solo una coppia elettronica di legame Specie con numero dispari di elettroni, es. NO, radicali CH3•, OH• Atomi di elementi dal 3° periodo in poi, possono essere circondati da piu’ di 4 coppie elettroniche dal momento che hanno a disposizione anche orbitali d. Es. ns2 np3 PCl5, ns2 np4 SF6, SF4, ns2 np5 ICl3, ICl4-, ICl5, ns2 np6 XeF2, XeO2 con n > 2 Ottetti incompleti, es. BF3, BeCl2

28 Regola dell’ottetto Nel formare un composto gli atomi tendono a conseguire la configurazione di un gas nobile. Ottetto perché, ad eccezione di He, i gas nobili hanno configurazione elettronica esterna ns2 np6. Più propriamente si può dire che nel formare legami gli atomi utilizzano gli orbitali energeticamente accessibili. Quindi la regola dell’ottetto vale in forma stretta solo per gli elementi del secondo periodo. Si può utilizzare però nella scrittura di formule di struttura per decidere il numero di coppie sugli atomi periferici, con l’eccezione di H (che ha un solo orbitale a disposizione e quindi non può avere coppie di non legame).

29 Regola fondamentale MAI piu’ di 4 legami!
Gli elementi del 2° periodo hanno SOLO 4 orbitali a disposizione nel guscio esterno MAI piu’ di 4 legami! 29

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