Lezione 2: Struttura Atomica e Legami Atomici

Presentazione sul tema: "Lezione 2: Struttura Atomica e Legami Atomici"— Transcript della presentazione:

1 Lezione 2: Struttura Atomica e Legami Atomici

2 Sommario Elementi costitutivi di un atomo;
Definizione delle grandezze d’interesse; Struttura dell’atomo: Bohr vs Teoria Quantistica; Elettroni di valenza; La Tavola Periodica; Legami Atomici Primari; Legami Atomici Secondari; Effetto dei legami sulle proprietà dei materiali.

3 Elementi costitutivi di un atomo
Gli elementi costitutivi di un atomo sono:

4 Definizione delle grandezze d’interesse
Numero Atomico (Z): numero di protoni nel nucleo atomico Massa Atomica (A): somma delle masse dei protoni e neutroni che costituiscono il nucleo. Isotopo: atomi di alcuni elementi che differiscono per la massa atomica in quanto i neutroni presenti nel nucleo possono differire da atomo ad atomo per lo stesso elemento (es. isotopi dell’ossigeno 168O, 178O e 188° 8=numero atomico; 16,17,18 numero di massa). Unità di Massa Atomica (UMA): 1/12 della massa (in grammi) del 12C Peso Atomico: peso di 6.023x1023 molecole o atomi in gr/mole---> corrisponde al valore mediato delle masse atomiche degli isotopi naturali

5 Alcuni esempi di valori per le grandezze di riferimento
Una grammomole o mole di un elemento esprime la quantità di tale elemento avente una massa, espressa in grammi, pari alla massa atomica molare relativa di quell’elemento. Es. L’alluminio (Al) ha una massa atomica pari a gr/mole. Quindi 1 gr/mole di alluminio pesa gr e contiene 6.023x1023 atomi.

6 Struttura dell’atomo: Bohr vs Teoria Quantistica
Modello di Bohr Nel modello di Bohr l’elettrone si comporta come una particella. Nella teoria quantistica l’elettrone si comporta come onda. Nella teoria quantistica si introduce il concetto di probabilità.

7 I numeri quantici Numero Quantico Designazione
n = principale (livello energetico) K, L, M, N, O (1, 2, 3, etc.) l = azimutale s, p, d, f (0, 1, 2, 3,…, n -1) ml = magnetico 1, 3, 5, 7 (-l : +l) ms = spin ½, -½

8 Le energie relative degli elettroni per i diversi valori di numeri quantici

9 La struttura di alcuni elementi

10 Elettroni di valenza e configurazione elettronica
Configurazione STABILE: se il guscio esterno è completamente riempito Configurazione NON STABILE: se il guscio esterno non è completamente riempito

11 La tavola periodica • Colonne: Struttura di valenza simili Cedono 1e
Gas nobili accettano 1e accettano 2e O Se Te Po At I Br He Ne Ar Kr Xe Rn F Cl S Li Be H Na Mg Ba Cs Ra Fr Ca K Sc Sr Rb Y Elementi più elettronegativi: Tendono a cedere elettroni Caricandosi positivamente (Cationi) . Elementi più elettronegativi: Tendono ad attrare elettroni Caricandosi negativamente (Anioni)

12 La tavola periodica: valori di elettronegatività

13 Legami Atomici

14 Legami Atomici: rationale

15 Legami Atomici Primari
Legame IONICO; Legame Metallico; Legame COVALENTE.

16 Legame Ionico Legame ionico : Metallo + Non Metallo Cede Elettroni
Accetta Elettroni 3.5 1.2 Catione Anione

17 Legame Ionico: NaCl Tra gli ioni si esercitano forze di Coloumb
Energia di Attrazione Energia di Repulsione

18 Legame ionico altri esempi
NaCl MgO CaF 2 CsCl

19 Legame Ionico: Forza di legame e adirezionalità
Il legame ionico è ADIREZIONALE

20 Legame covalente Elettronegatività simili: condividono elettroni
Legami determinati dalla valenza- orbitali s & p dominano il legame Esempi CH4, H2

21 Legame Covalente: singolo, doppio, triplo

22 Legame Covalente: energia di legame e direzionalità
Il legame covalente è direzionale

23 Legame covalente: ibridizzazione
Struttura del metano Struttura del diamante

24 Legame covalente: idrocarburi

25 % Carattere ionico

26 Legame Metallico Nel legame metallico gli elettroni di valenza sono delocalizzati su una nube elettronica condivisa da tutti gli atomi. Il legame può essere debole (es. mercurio, 68kJ/mol Tf=-39°C) o forte (Es. tungsteno, 850 kJ/mole Tf=3410°C)

27 Legame Metallico: energia di legame e direzionalità
Il legame metallico è adirezionale

28 Legami Secondari

29 Legami secondari: Van der Walls
I legami secondari originano dall’interazione tra dipoli • Dipoli fluttanti Nuvole elettroniche asimettriche + - H 2 ex: idrogeno liquido H • Dipoli Permanenti + - -Caso Generale: Cl Cl -ex: HCl liquido H H secondary bonding -ex: polimeri

30 Legami secondari: legame idrogeno

31 Legami secondari

32 Legami Secondari: energie di legame
Notare la differenza di energia di legame tra il legame idrogeno e i legami di van der Walls.

33 Legami atomici e proprietà

34 Energia di legame e temperatura di fusione
• Bond length, r • Melting Temperature, Tm r o Energy r • Bond energy, Eo Eo = “bond energy” Energy r o unstretched length smaller Tm larger Tm Tm is larger if Eo is larger.

35 Energia di legame e coefficiente di espansione termica
• Coefficient of thermal expansion, a coeff. thermal expansion D L length, o unheated, T 1 heated, T 2 D L = a ( T - T ) 2 1 L o • a ~ symmetry at ro r o larger a smaller a Energy unstretched length Eo a is larger if Eo is smaller.