Legame covalente

LEGAME COVALENTE
H. + .H d H:H Lewis (oppure H-H Kekulè)
1s
1s
1s21s2
I due atomi di idrogeno condividono un
elettrone ciascuno, raggiungendo ambedue
la configurazione stabile 1s2 ⇒ guadagno
globale di energia.
Esempio
_
H. .Cl:
1s1 [Ne] 3s2 3p5
d
_
H : Cl:
1s2 [Ne] 3s2 3p6
_
ICl. belettrone dispari ( spaiato, disaccoppiato)
_ _
ICl-ClIbcoppia non condivisa (non legata, solitaria)
m
coppia condivisa o legata
Legame covalente apolare
• La densità elettronica ha una distribuzione
simmetrica rispetto ai due nuclei
• I due atomi sono
uguali o hanno la
stesso valore Zeff
(⇒stessa
elettronegatività)
.
A
A
Legame covalente polare
• Distribuzione
elettronica: non
è simmetrica
rispetto ai due
nuclei
• B più
elettronegativo
di A, (Zeff(B) > Zeff(A))
Elettronegatività: misura la tendenza di un
atomo ad attrarre gli elettroni di un doppietto
di legame.
_ _
Quindi H-H e ICl--ClI ⇒ legame apolare
_
H-ClI ⇒ legame polare
La “valenza” nel legame covalente equivale
al numero degli elettroni spaiati nello strato
più esterno
Esempi: il cloro è monocovalente,
l’ossigeno dicovalente, l’azoto tricovalente
_
.O. 1s2 2s2 2p4
.Ń. 1s2 2s2 2p3
mo
mo
INΞNI apolare dN2
IO=OI apolare dO2
mm
m m m
↑↓
2 el. spaiati
3 el. spaiati
invece NH3 polare
invece H2O polare
Con maggior rigore..
Gli elettroni impegnati nel legame covalente
occupano un orbitale di legame, che deve
rispettare le limitazioni imposte dalla teoria
quantistica, ad es. il principio di esclusione di
Pauli.
Legame dativo
(di coordinazione)
• Molecole come BCl3,
AlCl3 (acidi di Lewis)
hanno una lacuna
dell’ottetto, che
possono completare
reagendo con basi di
Lewis (es NH3).
• Questo tipo di legame
è detto dativo perché
il datore (in questo
caso è N) fornisce per
intero
il
doppietto
elettronico
all’atomo
accettore (in questo
caso B).
• Si indica spesso con
NdB
H
H
H H
I
I
I I
+ H-NI + B-F d H-N -B -F
I
I
I I
H
H
H H
CARICA FORMALE
Si attribuisce ad un atomo in una molecola o
uno ione, assumendo che tutti gli elementi
presentino la stessa elettronegatività.
CF = n°(el.val) - (CL +2CNL)
n°(el.val) =elettroni di valenza dell’atomo non
legato
CL=coppie leganti
CNL=coppie non leganti
CL +2CNL= elettroni posseduti dall’atomo legato
Esempio per BF3-NH3
CF(N)=5-(4+2x0)=+1
CF(B)=3-(4+2x0)=-1
CF(F)=7-(1+2x3)= 0
In una molecola la somma delle cariche
formali è pari a zero, in uno ione è la carica
dello ione.
Esempi (esercizi):
NH3 + H+ d NH4+
H2O + H+ d H3O+
CF(N)=? CF(H)=?
CF(O)=? CF(H)=?
Teoria del legame di valenza (VB)
Quando due atomi si avvicinano:
1. gli orbitali atomici si sovrappongono
2. una coppia di elettroni occupa questo
spazio di sovrapposizione ⇒
3. si forma un legame covalente.
CARATTERISTICHE DEL LEGAME COVALENTE
Carattere direzionale: gli O.A. che si
sovrappongono sono orientati nella direzione
che permette la massima sovrapposizione
Numero finito di legami: fino a saturazione
degli elettroni dispari (tranne leg.dativo)
Gli elettroni coinvolti nel legame hanno spin
opposti (Pauli)
Il guadagno energetico (dstabilità) è tanto
maggiore
quanto
maggiore
è
la
sovrapposizione degli O.A.
LEGAME SIGMA σ
• La sovrapposizione degli orbitali atomici
avviene lungo la congiungente dei due
nuclei.
• La zona di sovrapposizione tra i due atomi
resta invariata al ruotare degli atomi intorno
all’asse di legame l’uno rispetto all’altro.
LEGAME PIGRECO π
• La sovrapposizione
tra gli orbitali atomici
non avviene lungo la
congiungente fra i
due nuclei.
• Di conseguenza la
rotazione
intorno
all’asse di legame è
bloccata.
• Il legame π è meno
forte del legame σ
(N 1s2 2s2 2p3)
π
INΞNI
π
Dei tre orbitali p disponibili, uno viene usato
per formare il legame σ, gli altri due possono
formare solo legami π
Carbonio: eccitazione ed ibridazione
C 1s2 2s2 2p2
C 1s2 2s1 2p3
mo
m
m m ...
Stato fondamentale
m m m
Stato eccitato
Lo stato eccitato giustifica la tetracovalenza
del carbonio ⇒ formazione di un maggior
numero di legami ⇒ guadagno energetico.
La disposizione tetraedrica dei
richiede il concetto di ibridazione.
legami
IBRIDAZIONE
1 orbitale s e 3 orbitali p si “mescolano” fra
loro matematicamente, generando 4 nuovi
orbitali equivalenti ed isoenergetici, diretti dal
nucleo verso i 4 vertici di un tetraedro:
1(s) + 3(p)d 4(sp3)
(questo non contrasta con la meccanica
quantistica)
Vantaggi del legame con orbitali ibridi
• massima distanza fra orbitali ⇒ minore
repulsione fra gli elettroni presenti al loro
interno
• orbitali direzionali ⇒ maggiore
sovrapposizione ⇒ legame più forte
Boro e ibridazione sp2
Anche per il boro, distinguiamo due processi:
1. eccitazione (⇒ numero dei legami)
2. ibridazione (⇒ geometria di legame)
B 1s2 2s2 2p1
B 1s2 2s1 2p2
mo
m
m
Stato fondamentale
m m
Stato eccitato
1(s ) + 2(p )d3(sp2)
Geometria trigonale planare
Esempi: BF3 , AlCl3, AlF3…
Berillio e ibridazione sp
1. eccitazione(⇒numero dei legami)
2. ibridazione (⇒geometria di legame)
Be 1s2 2s2 2p0
Be 1s2 2s1 2p1
mo
m
Stato fondamentale
Stato eccitato
1(s ) + 1(p )d2(sp)
Geometria digonale lineare.
Esempi: BeF2, BeCl2
m