A.A. 2016 - 2017 - Legame Chimico II

2016 – 2017
CCS Biologia
CCS-Scienze Geologiche
1
Legame e struttura molecolare
Orbitali atomici
Cap 9. 1 - 3, 15 - 16, 18, 21 - 23, 40
Molecole
CONSIDERAZIONI PRELIMINARI
Le strutture di Lewis e la teoria VSEPR
- non spiegano l origine del legame chimico.
- non spiegano la forma delle molecole sulla
base della meccanica quantistica.
- non spiegano quali siano gli orbitali coinvolti
nella formazione del legame chimico.
2
Il legame secondo la teoria del
legame di valenza
3
La teoria del legame di valenza integra il modello di Lewis
mettendo in relazione il legame fra due atomi con gli orbitali
atomici che descrivono gli elettroni implicati nel legame stesso
• Ciò che nella teoria di Lewis è descritto come condivisione
di una coppia di elettroni, nella teoria del legame di valenza
diventa sovrapposizione di idonei orbitali atomici.
4
5
Orbitali Ibridi
BF3
109o
CH4
6
Come spiegare l’esistenza di 3 legami a
120o? La teoria del legame di valenza
impiegando solo orbitali s e p puri, non
permette una simile geometria.
In questa molecola sono presenti 4
legami sigma C-H a 109o l’un l’altro.
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Legame di Valenza - Orbitali ibridi
• L'ibridazione degli orbitali è introdotta per spiegare le geometrie
molecolari sperimentalmente osservate (es. BF3, CH4) e non riconducibili
alla semplice sovrapposizione di orbitali atomici di tipo s, p o d.
• Si ammette che gli orbitali atomici di un dato atomo si combinino tra loro
per dare origine a nuovi set di orbitali (orbitali ibridi).
• L'orientazione degli orbitali ibridi che si ottengono in tal modo dipende
dal tipo e dal numero degli orbitali atomici combinati.
•  Il numero di orbitali ibridi è uguale al numero totale di orbitali atomici
che sono stati combinati.
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Ibridazione sp2 per l atomo di carbonio
E
(disposizione trigonale-planare)
2p
2p
E
sp 2
2s
1s
1s
Ibrido sp 2
Carbonio stato fondamentale
2pz
2pz
π H
C
σ H
C
H
H
C2H4
H
H
C
C
H
H
9
Legame in BF3
.
Un orbitale p di un atomo
di F si sovrappone ad un
orbitale ibrido sp2 per
formare un legame σ B-F.
F
!!
F
!!
B
F
© 2009 Brooks/Cole - Cengage
10
Ibridazione sp3 (disposizione tetraedrica)
Es. CH4
109° 28
+
s
+
+
py
px
pz
H
109° 28
C
H
H
H
© 2009 Brooks/Cole - Cengage
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Ibridazione sp per l atomo di azoto
2p
E
2p
E
sp
2s
1s
1s
Stato fondamentale
2pz
Ibrido sp
2pz
π
σ
x
π
2py
2py
N
N
N
© 2009 Brooks/Cole - Cengage
N
12
Legami multipli in C2H4
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Esempio di ibridazione sp (disposizione lineare)
CO2
2pz
2pz
2pz
π O
σ σ C
π 2py
2py
O
2py
C
O
(sp)
O
x
Il fenomeno dell'interferenza è un fenomeno dovuto alla
sovrapposizione, in un punto dello spazio, di due o più onde."
Le onde in concordanza di fase
danno origine a un fenomeno di
interferenza costruttiva (ampiezza
maggiore)
Le onde in opposizione di fase
danno origine a un fenomeno di
interferenza distruttiva (ampiezza
minore)
14
Teoria dell’Orbitale Molecolare
15
Robert Mullikan
• Questa teoria spiega alcune proprietà molecolari che
risultano difficili da giustificare con la teoria del Legame di
Valenza.
• Nella teoria MO (Molecular Orbitals) gli elettroni di legame in
una molecola sono descritti da orbitali molecolari non
localizzati fra coppie di atomi, ma estesi su tutta la molecola.
• La forma più usata della teoria MO è quella in cui gli orbitali
molecolari vengono espressi come combinazioni lineari di
orbitali atomici (LCAO-MO)
Teoria dell’Orbitale Molecolare
Dalla combinazione di due orbitali atomici si
formano gli orbitali molecolari (MO) di legame
e antilegame
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Idrogeno molecolare
17
ordine di legame
Ordine di legame = 1/2 (n. di e– leganti – n. di e – antileganti.
Più è elevato l’ordine di legame più il legame è forte .
18
Gli ioni H2+ e H2–
ordine di legame
Ordine di legame =
1/2(1-0) = 1/2
σ*
σ*
stabile
1s
1s
1s
AO of H
AO of H
σ
MO of H2
Ordine di legame =
1/2(2-1) = 1/2
+
Configurazione
1s
AO of H-
AO of H
(σ1s)1
stabile
σ
MO of H2-
Configurazione
(σ1s)2(σ*1s)1
Gli elettroni della molecola vengono assegnati agli MO di
energia via via crescente.
Legami sigma dalla sovrapposizione di
orbitali p (orientati lungo l’asse di legame)
Legami π dalla sovrapposizione di orbitali p
(perpendicolari al legame sigma)
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Diagramma dei livelli di energia
orbitali σ e π
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MO azoto
MO ossigeno
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Configurazioni elettroniche per molecole
biatomiche omonucleari
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