IL LEGAME CHIMICO PER DUMMIES

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La Natura ha un obiettivo molto semplice : tende sempre ad unire due parti che da sole sono instabili . Dire  che tra due (o più) elementi si verifica un legame, significa dire che due (o più) elementi da soli sono instabili e tendono sempre ad unirsi. Da cosa dipende la stabilità di un elemento chimico e la tendenza ad unirsi ad un altro quindi a “reagire”? La risposta dipende esclusivamente da come  e da cosa  essi sono costituiti cioè da quella che chiamiamo struttura di un atomo.

COME E’ FATTO UN ATOMO ?

Devi immaginare un atomo come un palazzo e tutti gli atomi sono costruiti allo stesso modo cioè con lo stesso numero e tipologia di stanze. Ti chiederai “ma perchè un atomo si chiama ossigeno, un altro idrogeno, un altro azoto ecc. se presentano tutti la stessa costruzione?” La risposta è semplice : dipende dal numero di abitanti che occupano il palazzo questi abitanti del palazzo atomo si chiamano elettroni.

Le stanze del palazzo ATOMO sono costituite da poche camere che prendono il nome di orbitali:

PRIMO PIANO:

vi è 1 sola stanza

stanza chiamata orbitale  1S (PRIMA STANZA)che possiamo immaginare come un quadrato

 ORITALE 1S

SECONDO PIANO

è costituito da 4 stanze una singola chiamata 2S (il 2 indica il piano) e 3 camere situate poco sopra quest’ultima,(1 piccolo gradino sopra) chiamate 2P

(2Px 2Py 2Pz)

    

2s                     2Px                  2Py               2Pz

TERZO PIANO

costituito da una camera 3 S (il 3 indica il piano)  3 camere 3P   e 5 camere 3 d

3S                    3Px                   3Py                   3Pz                     3d1                    3d2                    3d3                  3d4                  3d5

le camere p sono leggermente sopra le s e le d sono leggermente sopra le d

QUARTO PIANO

costituito da 4S  4Px 4Py 4Pz      4d14d23d34d44d5       4f1 4f24f34f44f54f64f7

le camere f sono leggermente sopra le d

Che significa che le camere si trovano leggermente sopra? Con questo vogliamo indicare che man mano che si sale abbiamo bisogni di  più energia quindi :

l’energia dell’orbitale 1S è più bassa di quella 2S così l’orbitale 2S ha energia più bassa di quella del 2P

Gli orbitali Px.Py e Pz hanno però tra loro energia uguale ( si dicono infatti degeneri) ma hanno energia più bassa del 3S che ha energia più bassa dei 3P a loro volta con energia più bassa dei 3d (anche questi orbitali hanno tra loro uguale energia e sono detti degeneri come i 2P e 3P) e così via.

La cosa più interessante è che ogni camera può ospitare al massimo 2 abitanti (cioè un orbitale può contenere al massimo 2 elettroni).

Vediamo adesso come si chiamano gli atomi e quanti elettroni possiedono.

l’idrogeno il cui simbolo è H possiede 1 solo elettrone ed ovviamente nel palazzo atomo questo elettrone si posiziona nella prima stanza disponibile cioè l’orbitale 1S  (indichiamo ciò con il simbolo 1S1 ) ed indichiamo l’elettrone con una freccia ↑ all’interno del quadrato 1S

pertanto l’atomo IDROGENO si rappresenta con il simbolo H oppure con la sua struttura 1S1  oppure con un quadrato con all’interno una freccia.

l’ELIO che è un gas cosiddetto nobile possiede 2 elettroni pertanto essi occupano la prima delle stanze ed i 2 elettroni si rappresentano con due frecce all’interno di un quadrato ed in questo caso esse hanno le punte rivolte una vero l’alto e l’altra verso il basso (questo perchè gli elettroni ruotano sul loro asse uno verso destra e l’altro verso sinistra). Possiamo indicare l’elio con la struttura 1S2

il LITIO possiede 3 elettroni per cui 2 occupano il primo orbitale (1S) ed il terzo elettrone  occupa l’orbitale 2S

la struttura del litio simbolo Li è 1S2 2S1

il Berillio simboloBe ha 4 elettroni quindi la ua struttura è 1S2 2S2

il Boro simbolo B ha 5 elettroni per cui seguendo questo metodo di riempimento si ha la struttura  1S2 2S2 2Px1

il carbonio ha 6 elettroni ma il riempimento degli orbitali P (come quelli d ed f ) segue un diverso andamento.Infatti gli orbitali P si riempiono tutti inizialmente con 1 solo elettrone poi se un atomo ha altri elettroni essi vanno ad occupare gli orbitali P a due a due. In relazione a ciò allora il Carbonio simbolo C ha la struttura  1S2 2S2 2Px1 2Py1

l’Azoto simbolo N  possiede 7 elettroni e la sua struttura è quindi  1S2 2S2 2Px1 2Py12Pz1

l’Ossigeno simbolo O possiede 8 elettroni e questa struttura 1S2 2S2 2Px2 2Py1 2Pz1

il Fluoro simbolo F possiede 9 elettroni  be quest struttura  1S2 2S2 2Px2 2Py2 2Pz1

il Neon simbolo Ne possiede 10 elettroni e la seguente struttura  1S2 2S2 2Px2 2Py2 2Pz2

RIASSUMENDO ABBIAMO LE STRUTTURE SEGUENTI:

H    1S1

He  1S2

Li    1S2 2S1

Be   1S2 2S2

B   1S2 2S2 2Px1

C   1S2 2S2 2Px1 2Py1

N   1S2 2S2 2Px1 2Py12Pz1

O   1S2 2S2 2Px2 2Py1 2Pz1

F  1S2 2S2 2Px2 2Py2 2Pz1

Ne 1S2 2S2 2Px2 2Py2 2Pz2

ecc.

COSA SI PUO’ DEDURRE DA QUESTA STRUTTURA?

se osserviamo attentamente le strutture scritte sopra ci accorgiamo che alcuni elementi possiedono elettroni non accoppiati negli orbitali più esterni, per esempio l’H ha 1 elettrone non accoppiato così come LI il C ,’O , N . orbene:

SE UN ATOMO POSSIEDE ELETTRONI NON ACCOPPIATI E’ INSTABILE E TENDE AD ACCOPPIARE OGNI ELETTRONE

DUE ELETTRONI ACCOPPIATI FORMANO UN LEGAME CHIMICO 

PERTRANTO L’UNIONE TRA DUE ELETTRONI COSTITUISCE UN LEGAME CHIMICO

SE PRENDIAMO L’ AZOTO VEDIAMO CHE E’ INSTABILE:

INFATTI, SE SI TROVA ACCANTO AD UN ALTRO ATOMO DI AZOTO ACCOPPIA GLI ELETTRONI SPAIATI FORMANDO COSI’ UNA MOLECOLA DI AZOTO.

 

N          1S2 2S2 2Px1 2Py12Pz1

2Px1 2Py12Pz2S1S2    N                   SI FORMA LA MOLECOLA N2

ANALOGAMENTE L’OSSIGENO FORMA O2

Come si può notare la formula della molecola di N deve necessariamente essere N2 e non potrà mai essere N3 o N4 perchè non sono possibili altri accoppiamenti di eklettroni ed analogo ragionamento può esser fatto per la molecola di O2.

Se mettiamo vicini l’ossigeno e l’idrogeno    cioè H ed O abbiamo:

 

1S2 2S2 2Px2 2Py1 2Pz1

             1S1       1S1      

H          H

come si vede solo 2 atomi di idrogeno possono reagire con l’ossigeno e formano la molecola H2O ecco perchè l’acqua ha formula H2O e non può avere altre formule come H3O oppure H5O ……

Analoga spiegazione si può fare per la molecola di ammoniaca NH3 (prova a farla tu)

Questo tipo di legame che avviene per sovrapposizione di orbitali si definisce COVALENTE

se prendiamo però alcuni atomi come il sodio Na ed il fluoro F notiamo che ambedue possiedono elettroni spaiati però in questo caso si osserva che il sodio tende ad espellere l’elettrone per farlo accoppiare all’elettrone spaiato del F che lo accetta facilmente e così facendo espelle una carica negativa e quindi il Na si carica positivamente mentre il F che accetta l’elettrone (che è una carica negativa) si carica a sua volta negativamente.Si creano così due cariche elettriche che si attraggono  e questo legaMe viene definito  IONICO PERCHE’ SI FORMANO IONI Na+ ed F- .

Gli atomi che non possiedono elettroni spaiati sono tutti in forma gassosa e vengono definiti GAS NOBILI proprio perché non reagiscono avendo già tutti gli elettroni accoppiati.

Il numero di elettroni non accoppiati viene indicato in genere col termine di VALENZA .

l’IDROGENO E’ MONOVALENTE PERCHE’ POSSIEDE 1 ELETTRONE SPAIATO DISPONIBILE PER FORMARE UN LEGAME, L’AZOTO HA 3 ELETTRONI SPAIATI ED E’ QUINDI TRIVALENTE ECC.

sE UN ATOMO TENDE A CEDERE L’ELETTRONE SI DICE CHE HA VAENZA POSITIVA MENTRE SE IN GENERE L’ACCETTA SI DICE CHE HA VALENZA NEGATIVA

 

 

 

 

 

 

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