file PPS

Copertina
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
1
CAPITOLO
8
I legami chimici
Indice
1. Legami chimici
2. I simboli di Lewis
3. Il legame covalente
4. Il legame covalente polare
5. L’elettronegatività
6. Caratteristiche del legame covalente
7. Il legame covalente dativo
8. Eccezioni alla regola dell’ottetto
9. Strutture di risonanza
10. Il legame ionico e i composti ionici
11. Gli ioni poliatomici
12. Il legame metallico
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
2
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
1 Legami chimici
PAG.
Le forze che tengono uniti gli atomi in una molecola sono dette legami chimici.
Esistono tre classi di legami chimici:
 il legame covalente
 il legame ionico
 il legame metallico
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
3
166
2 I simboli di Lewis
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
Con il nome di simboli di Lewis s’intende il simbolo dell’elemento circondato in
modo simmetrico dagli elettroni di valenza.
Il numero di elettroni di valenza di un atomo è uguale al numero del gruppo a cui
l’elemento appartiene.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
4
166
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
3 Il legame covalente
PAG.
Un legame covalente consiste di una coppia di elettroni messi in comune tra due
atomi.
H + H  H  H
In modo più pratico la coppia di elettroni di legame è rappresentata da un trattino che
unisce i due atomi:
H−H
In presenza del legame covalente esistono forze di attrazione e di repulsione che si
bilanciano.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
5
167
3 Il legame covalente
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
Ogni atomo, quando forma legami chimici con altri atomi, assume una configurazione
ad otto elettroni nel livello di valenza. Fa eccezione l’idrogeno.
MOLECOLA DI FLUORO
I due elettroni di legame vengono contati sia per il primo che per il secondo
atomo di fluoro, per cui ciascun atomo arriva a otto elettroni.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
6
167
3 Il legame covalente
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
In alcune molecole, come C2H4, O2, N2 per raggiungere la configurazione ad ottetto gli
atomi devono condividere due o tre coppie di elettroni (legami multipli).
Due atomi di azoto, ciascuno con cinque elettroni nel livello esterno, quando formano
la molecola N2, mettono in comune tre elettroni ciascuno; pertanto ogni atomo
raggiunge la configurazione ad ottetto.


 N + N   N N  N Ξ N 



 

Nella molecola N2 si ha un triplo legame tra due atomi.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
7
167
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
4 Il legame covalente polare
PAG.
Un legame covalente è detto covalente polare quando il doppietto elettronico non è
equamente condiviso: un elemento presenta una maggiore forza di attrazione per gli
elettroni e l’altro elemento una minore forza.
Nella molecola
δ+
δ−
H − Cl
il cloro assume una lieve carica negativa () mentre l’idrogeno una lieve carica
positiva (+).
Il legame in H  Cl è “covalente polare”.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
8
169
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
5 L’elettronegatività
PAG.
L’elettronegatività (EN) è la misura della capacità di un atomo, in una molecola, di attrarre
verso di sé gli elettroni condivisi di un legame covalente.
Nella tavola periodica gli elementi più elettronegativi si trovano in alto a destra, e quelli meno
elettronegativi in basso a sinistra.
ELETTRONEGATIVITÀ DEGLI ELEMENTI DEI GRUPPI PRINCIPALI
Gruppo
Periodo
1A
2A
3A
4A
5A
6A
7A
8A
1
H
2,1
He
-
2
Li
1,0
Be
1,5
B
2,0
C
2,5
N
3,0
O
3,5
F
4,0
Ne
-
3
Na
0,9
Mg
1,2
Al
1,5
Si
1,8
P
2,1
S
2,5
Cl
3,0
Ar
-
4
K
0,8
Ca
1,0
Ga
1,6
Ge
1,8
As
2,0
Sc
2,4
Br
2,9
Kr
-
5
Rb
0,8
Sr
1,0
In
1,7
Sn
1,8
Sb
1,9
Te
2,1
I
2,5
Xe
-
6
Cs
0,7
Ba
0,9
Tl
1,8
Pb
1,8
Bi
1,9
Po
2,0
At
2,2
Rn
-
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
9
170
6 Caratteristiche del legame
covalente
La lunghezza di legame e l’energia di
legame sono i due parametri che
caratterizzano i legami covalenti.
La distanza tra i nuclei di due atomi legati
con un legame covalente è chiamata
lunghezza di legame.
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
ESEMPI DI LUNGHEZZE MEDIE DI LEGAME
Molecola
Legame
Lunghezza di
legame (pm)
H2
H–H
74
Cl2
Cl – Cl
200
O2
O=O
121
N2
NΞN
110
H2O
O–H
96
CH4
C–H
107
C2H6
C–C
154
C2H4
C=C
133
C2H2
CΞC
120
NH3
N–H
101
Modello della molecola del butano C4H10 Lunghezza di
ogni legame C – C 154 pm.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
10
171
6 Caratteristiche del legame
covalente
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
ESEMPI DI ENERGIE DI LEGAME
La quantità di energia necessaria per
rompere un legame chimico tra due atomi
di una molecola allo stato gassoso è
chiamata energia di legame.
L’energia di legame si misura in kJ/mol.
H  H + 436 kJ/mol  H + H
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
Molecola
Legame
Energia in
kJ/mol
H2
H–H
436
Cl2
Cl – Cl
242
I2
I–I
151
HCl
H – Cl
431
CH4
C–H
413
C2H6
C–C
346
C2H4
C=C
602
C2H2
CΞC
835
H2O
O–H
463
N2
NΞN
945
O2
O=O
498
NO
N=O
631
NH3
N–H
391
11
171
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
7 Il legame covalente dativo
PAG.
Quando in un legame covalente il doppietto elettronico condiviso è fornito da un solo
atomo il legame è detto legame covalente dativo.
Il legame covalente dativo è rappresentato con una freccia che parte dall’atomo che
fornisce il doppietto elettronico.


O
MOLECOLA DELL’ACIDO NITRICO




H–O–N=O
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
12
171
7 Il legame covalente dativo
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
Il legame covalente dativo che porta alla formazione di uno ione positivo prende il nome
di legame di coordinazione.
H
H – N  + H+
H
ammoniaca
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
+
H
H–N
H
H
ione ammonio
13
172
8 Eccezioni alla regola
dell’ottetto
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
Le formule di Lewis di alcuni composti hanno l’atomo centrale che sfugge alla regola
dell’ottetto.
Visualizzazione grafica della struttura delle molecole di PCI5 e di
BCI3, composti che sfuggono alla regola dell’ottetto.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
14
173
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
9 Strutture di risonanza
PAG.
In alcuni casi la struttura di Lewis non descrive adeguatamente le proprietà di una
molecola.
Ciò si verifica quando una molecola presenta un legame doppio e un legame semplice
come in SO2.

S
O
O
In effetti, in questa molecola i due tipi di legame presentano la stessa lunghezza, per cui
si deve pensare che la struttura vera di SO2 risulta dalla combinazione di due strutture di
Lewis, chiamate “strutture di risonanza”.


S
O
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
S
O
O
O
15
174
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
10 Il legame ionico e i
composti ionici
PAG.
Si definisce legame ionico l’attrazione tra ioni aventi carica opposta.
Adottando la simbologia di Lewis, nella reazione tra un atomo di sodio e un atomo di
cloro si verifica il trasferimento di un elettrone dal sodio al cloro.




Na + Cl
Na+


[ Na  + Cl ]
Cl−
Tra cariche di segno opposto si crea un’attrazione elettrostatica, per cui gli ioni Na+ e Cl
si attraggono.
Le coppie ioniche Na+Cl costituiscono il cloruro di sodio, un solido cristallino
tridimensionale.
Cl−
Cl−
Na+
Na+
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
16
174
10 Il legame ionico e i
composti ionici
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
Tutte le sostanze ioniche allo stato solido non esistono come molecole individuali.
In genere formano composti ionici i metalli dei gruppi 1A e 2A con gli alogeni o con i non
metalli del gruppo 6A.
I composti ionici sono sostanze solide cristalline che presentano elevate temperature di
fusione per le notevoli forze di attrazione tra le cariche ioniche.
Un’altra proprietà dei composti ionici è quella di
condurre l’elettricità quando si trovano allo stato fuso o
in soluzione.
Connettendo due elettrodi, immersi nella soluzione, con i poli di una
batteria, gli ioni positivi si muovono verso l’elettrodo negativo e gli
ioni negativi verso l’elettrodo positivo. Il movimento degli ioni
costituisce un passaggio di corrente elettrica che è rilevata
dall’accensione della lampadina.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
17
177
10 Il legame ionico e i
composti ionici
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
Le sostanze che, disciolte in acqua o allo
stato fuso, conducono la corrente elettrica
sono dette elettroliti.
Il solfato rameico in soluzione acquosa conduce la
corrente elettrica.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
18
177
10 Il legame ionico e i
composti ionici
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
Le sostanze che non conducono la corrente
elettrica sono dette non elettroliti.
Il glucosio, un composto covalente, non conduce
l’elettricità né allo stato solido né in soluzione
acquosa.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
19
177
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
11 Gli ioni poliatomici
Due o più atomi legati tra loro con
complessivamente carica positiva o negativa.
legami
covalenti
possono
PAG.
mostrare
Questo gruppo di atomi costituisce uno ione poliatomico perché possiede carica
elettrica.
2−
−
−






O–C–O


O
IONE CARBONATO CO3− −
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
20
178
12 Il legame metallico
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
PAG.
Viene definito legame metallico l’attrazione tra gli ioni
positivi del metallo e gli elettroni mobili che li
circondano.
Questo modello dà una spiegazione delle proprietà
caratteristiche dei metalli:
 la conducibilità elettrica, perché in presenza di un campo elettrico gli elettroni
possono spostarsi verso il polo positivo del metallo;
 la malleabilità e la duttilità, che esprimono la capacità degli ioni di scorrere gli uni
sugli altri sotto l’azione di una forza.
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
21
178