Legame chimico

1) Cosa viene definito legame chimico:

Forze attrattive tra atomi che risultano particolarmente intense da permettere la formazione di un aggregato stabile ed individuabile come un´entità distinta.

TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA

2) Cosa è la valenza:

È il numero di legami che un dato atomo esercita verso gli altri atomi di una molecola. Vi sono atomi che hanno una sola valenza ed atomi che ne hanno più di una e cambia a seconda del composto in cui si trova. Il motivo di ciò è da ricercarsi nel fatto che in qualche caso possono entrare a far parte del legame non solo gli elettroni dello strato più esterno ma anche quelli di uno strato leggermente più interno con il quale ci sia una modesta differenza di energia.

 

3) Cosa è una formula di struttura:

È una rappresentazione grafica di un composto nella quale i simboli dei singoli atomi facenti parte del composto sono interconnessi tramite trattini indicanti i legami vigenti, un doppio trattino indica un legame doppio.

 

4) Cosa sono i legami doppi e tripli e quali elementi possono crearli:

I non metalli del 2° periodo ad eccezione del Fluoro possono mettere in comune con un´altro atomo più di una coppia di elettroni creando pertanto un doppio legame.

 

5) Cosa si intende per isomeri strutturali:

Sono isomeri 2 composti nella cui molecola gli atomi sono concatenati in modo diverso.

 

6) Cosa spinge più atomi a legarsi insieme:

Essi cercano di raggiungere una configurazione stabile che può essere quella della ottetto o anche più, detta espansione della ottetto. Il criterio è comunque sempre quello della minima energia :

a) l´energia potenziale decresce man mano che i due atomi isolati si avvicinano infatti    diviene molto grande ma con segno negativo.

b) la repulsione tra gli elettroni presenti nei due ioni aumenta man mano che questi si avvicinano

Da un punto di vista energetico la molecola risultante è più stabile del sistema formato dai 2 atomi isolati.

 

7) Descrivere la regola della ottetto ed il suo limite :

Tutti gli atomi tendono a raggiungere una configurazione stabile corrispondente al guscio più esterno completo, il che può avvenire o per cessione degli elettroni in eccesso o per acquisto di elettroni fino alla configurazione del gas nobile. Il limite è che tale regola vale solo per gli elementi del 2° periodo in quanto per essi il gap di energia verso il terzo guscio è molto elevato mentre per i periodi successivi un atomo ha la possibilità di promuovere un elettrone appartenente ad una coppia ad un livello energetico maggiore e quindi questo atomo può formare almeno 2 diversi numeri di legami.

 

8) Cosa si intende per energia di legame:

È il lavoro che bisogna compiere per portare a distanza infinita i due atomi neutri (vedi termodinamica)

 

9) Cosa si intende per distanza di legame:

È la distanza alla quale si trovano i nuclei degli atomi uniti da un certo legame.

 

10) Cosa è l´elettronegatività:

È la capacità di un atomo appartenente ad una molecola di attrarre a sè gli elettroni di legame.

In ogni periodo essa aumenta avvicinandosi al 7° gruppo mentre decresce alla aumentare del numero atomico

 

11) Definire il legame covalente:

È un legame tra 2 atomi con elettronegatività simile, il quale presenta le seguenti caratteristiche :

a)            si accoppiano gli elettroni spaiati di 2 atomi diversi a creare un orbitale comune.

b)            gli elettroni accoppiati del singolo atomo rimangono come coppie solitarie.

c)            è realizzata la massima sovrapposizione tra le nuvole elettroniche dei 2 atomi.

 

12) Quanti tipi di legami covalenti possono esistere in base alla retta congiungente i nuclei :

Possono esistere 2 tipi di legame :

s             Þ           se la zona di sovrapposizione degli orbitali si trova lungo la congiungente i nuclei

p              Þ           se la zona di sovrapposizione degli orbitali non si trova lungo la congiungente i nuclei

 

13) Cosa è un legame covalente omopolare e da cosa è caratterizzato:

È un legame covalente che si stabilisce tra atomi uguali o in generale tra atomi aventi elettronegatività non molto dissimili. È simmetrico nel senso che gli elettroni di legame si trovano distribuiti equamente tra i due atomi.

 

14) Cosa è un legame covalente polare e da cosa è caratterizzato:

È un legame covalente che si stabilisce tra atomi diversi le cui elettronegatività differiscono molto. E´ asimmetrico in quanto gli elettroni tenderanno ad addensarsi verso la atomo più elettronegativo. In tal modo il legame diviene più forte in quanto vi è anche interazione elettrostatica tra cariche di segno opposto.

 

15) Cosa è il momento dipolare:

Si definisce momento dipolare di un corpo, nel complesso elettricamente neutro, ma nel quale il centro di gravità delle cariche elettriche positive non coincide con quello delle cariche negative, il prodotto tra il valore assoluto delle cariche, per la distanza che separa i baricentri delle cariche           m = Q * r   .

In una molecola poliatomica per calcolare il momento dipolare occorre calcolare la somma vettoriale dei momenti dipolari relativi ai singoli atomi che la costituiscono.

 

16) Che legame c´è tra l´elettronegatività ed il momento dipolare:

La scala delle elettronegatività di Pauling è costruita in modo che la differenza di elettronegatività tra 2 atomi corrisponde al momento dipolare della loro molecola. inoltre un forte momento dipolare per una molecola ci fa prevedere che essa sarà sede di un legame prevalentemente ionico mentre un momento dipolare scarso ci farà prevedere per quella molecola un legame covalente.

 

17) Descrivere il legame ionico :

Si tratta di un legame tra un atomo ad alta affinità elettronica ed un atomo a basso potenziale di ionizzazione. È un legame tipico dei cristalli ionici,  ed è dovuto alla combinazione dei seguenti effetti :

 

18) Analogie tra il legame ionico ed il legame covalente:

Il legame ionico può esser considerato come un legame covalente polare dove però la differenza di elettronegatività tra i due atomi è così elevata che si può quasi dire che la atomo più elettronegativo strappa gli elettroni alla atomo meno elettronegativo, ed entrambe divengono ioni.

 

19) Cosa è l´energia reticolare dei cristalli ionici:

È la differenza di energia potenziale elettrostatica tra il sistema costituito dai 2 ioni isolati ed il sistema che vede i due ioni nelle rispettive posizioni di un cristallo.

 

20) Descrivere il legame dativo o di coordinazione :

È un legame che si stabilisce tra una sostanza (donatore) capace di cedere una coppia di elettroni ed una sostanza (accettore) capace di accettare una coppia di elettroni, al fine di raggiungere entrambe una configurazione stabile.

 

21) Che differenza c´è tra il legame dativo ed il legame covalente:

Nel legame dativo la coppia di elettroni di legame è fornita da uno solo dei 2 atomi mentre nel legame covalente, ciascun atomo fornisce un elettrone.

 

22) Cause del legame covalente :

a) Per via della sovrapposizione dei due orbitali ogni elettrone può trovarsi indifferentemente anche nel volume della altro,      ciò avvicina i baricentri delle distribuzioni di carica, pertanto il momento angolare è inferiore e con esso               l´energia cinetica dunque globalmente la molecola è più stabile.

b) Vi è una distanza alla quale si bilanciano la attrazione tra la zona di sovrapposizione dei due orbitali ed i nuclei,. e la              repulsione tra i due nuclei o tra i due elettroni.

 

23) Cosa sono gli orbitali ibridi e a cosa servono nella teoria del legame di valenza:

Vi sono casi in cui la configurazione esterna di un atomo non si presta a creare legami covalenti stabili, come ad esempio per gli atomi con un n° pari di elettroni sullo strato più esterno. In tal caso in occasione della formazione del legame si creano degli orbitali detti ibridi, in quanto dovuti alla sovrapposizione di 2 orbitali semplici, i quali hanno caratteristiche tali da rendere più stabile il nascituro legame covalente.

 

24) Descrivere il processo di ibridizzazione e conseguente formazione del legame :

Esso si articola in 3 fasi :

a) uno dei 2 elettroni viene promosso all´orbitale immediatamente susseguente.

b) avviene l´ibridazione che consiste nella creazione di 2 orbitali ibridi uguali a partire dalla combinazione della orbitale             semplice e della orbitale promosso.

c) formazione del legame.

 

25) Descrivere alcuni orbitali ibridi:

Il tipo della orbitale ibrido è stretta funzione degli orbitali che lo generano, alcuni esempi sono :

sp           Þ           si originano dalla combinazione di un orbitale s ed un orbitale p

sp²          Þ           si originano dalla combinazione di un orbitale s e 2 orbitali p

sp³          Þ           si originano dalla combinazione di un orbitale s e 3 orbitali p

sp³d        Þ           si originano dalla combinazione di un orbitale s , 3 orbitali p ed 1 orbitale d

sp³d²      Þ           si originano dalla combinazione di un orbitale s , 3 orbitali p ed 2 orbitale d

 

26) È possibile che uno stesso atomo dia luogo ad orbitali ibridi diversi:

Si, è il caso del carbonio il quale prima promuove 1 elettrone da s a p passando da     1s²2s²2p²   a     1s²2s¹2p³   dopodichè a seconda del tipo di atomi cui si deve legare sono possibili le ibridizzazioni :

sp           Þ           acetilene C₂H₂

sp²          Þ           etilene C₂H₄

sp³          Þ           metano CH₄

 

27) Cosa si intende con il termine isomeri geometrici:

Si tratta di molecole che oltre ad avere gli stessi atomi hanno anche gli stessi legami ma con una diversa disposizione spaziale, si parla di isomero CIS (dalla stessa parte rispetto ad un piano ortogonale al legame) nel caso vi sia una simmetria spaziale mentre si parla di isomero TRANS (dalla parte opposta rispetto ad un piano ortogonale al legame) in caso di antisimmetria. Tutto questo ha senso soltanto in presenza di doppi legami in quanto essi rendono impossibile una rotazione che invaliderebbe il significato di CIS e TRANS .

 

28) Cosa sono i rotameri:

Sono degli isomeri geometrici per i quali si può agevolmente passare da uno alla altro tramite una rotazione, è questo il caso in cui il legame è di tipo s mentre ciò non è possibile per un legame di tipo p.

 

29) Cosa è la risonanza o mesoneria:

È un concetto che si utilizza per individuare i casi in cui una molecola può avere più formule di Lewis che però si distinguono tra loro unicamente per la disposizione degli elettroni e quindi dei legami e non per la posizione dei nuclei degli atomi costituenti. La struttura delle molecole in tal caso non è alcuna delle strutture individuate dalle formule di Lewis ma un ibrido di risonanza tra tutte esse. Nel caso ad esempio del benzene, tale concetto è l´unico a spiegare come 3 legami possano equamente distribuirsi su 2 dei C della catena esagonale.

 

30) La stabilità della ibrido di risonanza è maggiore o minore della stabilità delle formule di Lewis da cui proviene:

La stabilità risulta maggiore solo se tutte le forme canoniche hanno stabilità paragonabile, altrimenti prevale una di esse e si può pensare che la molecola reale coincida con quella data formula di Lewis.

 

31) Cosa è il paramagnetismo e, quando una molecola è paramagnetica:

Il paramagnetismo è la proprietà di subire una attrazione da parte di un campo magnetico. Una molecola è paramagnetica quando contiene almeno un elettrone non appaiato.

 

32) Cosa è il diamagnetismo e, quando una molecola è diamagnetica:

Il diamagnetismo è la proprietà di subire una repulsione da parte di un campo magnetico esterno. Una molecola è diamagnetica quando contiene solo elettroni appaiati. Ogni molecola è diamagnetica in quanto tutte presentano almeno 2 elettroni appaiati, ma la presenza di un solo elettrone spaiato determina un effetto magnetico superiore all´effetto di tutti gli elettroni appaiati.

TEORIA DEGLI ORBITALI MOLECOLARI

33) Quale problema della teoria del legame di valenza viene brillantemente risolto dalla teoria degli orbitali molecolari :

Il comportamento paramagnetico di alcune molecole.

 

34) Quale è la differenza tra questa teoria e la teoria del legame di valenza:

Gli elettroni di valenza non vengono più ad occupare i singoli orbitali atomici i quali si sovrappongono nel legame covalente bensì occupano degli orbitali molecolari caratteristici di ogni particolare molecola.

 

35) Quale è il senso matematico degli orbitali molecolari:

Si prendono le funzioni d´onda ( le quali possono assumere sia valori positivi che negativi al contrario della densità di probabilità) degli orbitali atomici costituenti l´orbitale molecolare in questione, se ne fà una combinazione lineare, e se le due funzioni hanno segni opposti il risultato è un orbitale di antilegame, altrimenti si ha un orbitale di legame.

 

36) Cosa è un orbitale atomico di valenza e che ruolo ha nella teoria del legame molecolare:

Si tratta degli orbitali atomici appartenenti ad un guscio non completo. Sono gli unici che formano, per combinazione lineare, gli orbitali molecolari, infatti se si crea un orbitale molecolare sullo strato più esterno, gli atomi si pongono ad una distanza tale che gli orbitali atomici interni non possono crearsi, in quanto spazialmente separati.

 

37) Cosa è un nodo per un orbitale e che rapporto c´è con l´energia della orbitale:

È una zona dello spazio nella quale non vi è alcuna probabilità di trovare un elettrone. Se vediamo l´orbitale come l´orbita seguita da un onda armonica ci accorgiamo che quanto più elevato è il n° di nodi, tanto più elevata è la frequenza della onda e pertanto tanto più elevata è anche l´energia della stessa infatti E = h v . Dunque tanti più sono i nodi nell´orbitale molecolare risultante tanto più elevata è l´energia della orbitale e quindi l´instabilità, saranno quindi gli orbitali di antilegame ad essere caratterizzati da un elevato n° di nodi.

 

38) Che tipo di orbitali si ottengono dalla combinazione di due orbitali atomici 1s :

Si ottengono 2 orbitali , caratterizzati da differenti geometrie e livelli energetici che possono ospitare entrambe 2 elettroni con spin antiparalleli :

s_1S           ha densità elettronica massima nella zona compresa tra i 2 nuclei, è ad un livello energetico inferiore all´1s e               pertanto risulta più stabile rispetto ad esso, viene quindi definito orbitale di legame. Non ha nodi.

s_1S^*         ha densità elettronica massima nella zona esterna ai 2 nuclei, è ad un livello energetico superiore all´1s e     pertanto instabile, viene quindi definito orbitale di antilegame. Ha un nodo.       

              

 

39) Come si calcola il n° di legami con la teoria degli orbitali molecolari e a cosa serve:

Si utilizza la formula :

Se il n° di legami è pari a 0 allora la molecola non può esistere altrimenti col crescere del n° di legami aumenta la forza del legame e diminuisce la distanza tra i nuclei.

 

40) Che tipo di orbitali si ottengono dalla combinazione di orbitali atomici 2p_Z essendo z la congiungente i nuclei ?

Si ottengono 2 orbitali :

s_2P          stabile a forma di caramella incartata detto orbitale di legame. Presenta 2 nodi.                      

s_2P^*              instabile a forma di 2 barbapapà che dormono a teste separate, è detto orbitale di antilegame. Presenta 3 nodi.

   

 

41) Che tipo di orbitali si ottengono dalla combinazione di orbitali atomici 2p_X essendo z la congiungente i nuclei :

Si ottengono 2 orbitali :

p_2P           stabile a forma di due ellissoidi ,uno sopra e la altro sotto al piano nodale, è detto orbitale di legame .            

p_2P^*              instabile a forma di quattro ellissoidi separati da 2 piani nodali, è detto orbitale di antilegame .

Analogamente per la combinazione di 2 orbitali 2p_{Y     .}

 

42) Cosa accade quando si ha una molecola biatomica con atomi aventi orbitali ad energie sensibilmente differenti:

Si possono ottenere 3 tipi di orbitali :

* uno stabile detto orbitale di legame ad energia e forma molto prossima a quella della atomo più elettronegativo, cosa che      si identifica col fatto che esso attrae a sè gli elettroni di legame.

* uno instabile detto orbitale di antilegame ad energia e forma molto prossima a quella della atomo meno elettronegativo.

* un orbitale detto di non legame dovuto al fatto che uno dei 2 atomi ha un numero di elettroni maggiore rispetto alla altro

La coesistenza di orbitali tipicamente simili a quelli della atomo più elettronegativo con orbitali tipicamente simili a quelli della atomo meno elettronegativo, determina il carattere ionico della molecola.

 

43) Quali orbitali si combinano in un legame tra due atomi diversi:

Si combinano quelli aventi valori di energie molto prossime, i quali spesso possono essere orbitali di diverso tipo, questo ad esempio nella acido fluoridrico HF si spiega con il fatto che l´H ha l´orbitale 1s molto più distante dal nucleo di quanto non sia distante l´orbitale 1s dal nucleo di F, questo perchè la carica del nucleo è più forte e quindi attrae con più forza gli elettroni ad esso appartenenti, i quali quindi si troveranno su orbitali a più bassa energia.

 

44) Che tipo di orbitali si ottengono dalla combinazione di orbitali atomici 2s e 2p_Z :

Si ottengono 2 orbitali :

s_2SP         stabile a forma cassa di chitarra con in testa un picciuolo, detto orbitale di legame.           

s_2SP^*            instabile a forma di una sfera ed un ellissoide, detto orbitale di antilegame .

 

45) Che tipo di orbitali si ottengono dalla combinazione di orbitali atomici 2s e 2p_X o 2p_Y :

Essendo diversi gli assi di simmetria, non si forma alcun orbitale molecolare e gli atomi rimangono nei loro orbitali atomici di partenza.

 

46) Cosa indica la notazione (p_2P^*)²

Indica la presenza di 2 elettroni nell´orbitale p_2P^* .

 

47) I concetti della ibridazione e della risonanza valgono solo per la teoria del legame di valenza o anche per la teoria degli orbitali molecolari :

Valgono per entrambe le teorie delle quali si possono considerare come accessori.