paramagnetismo-diamagnetismo
Buonasera, avrei un dubbio, il pof a lezione ci ha spiegato che l' ossigeno è paramagnetico mentre l'azoto è diamagnetico, ma non ha spiegato ne il motivo ne la differenza tra le due cose.
Qualcuno potrebbe spiegarmi?
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Per rispondere a tale domanda prima si deve sapere cosa si intende per diamagnetismo e paramagnetismo poi (soprattutto) conoscere la configurazione elettronica delle due molecole.
Quindi studia bene queste cose...

La spiegazione facile e veloce è questa.

La molecola di O2 è paramagnetica (ovvero subisce l'effetto di un campo magnetico) perché ha due elettroni spaiati.

σ1s2, σ*1s2, σ2s2, σ*2s2, σ2px2, {π2py2, π2pz2}, {π*2py1, π*2pz1}

Invece la molecola di N2 è diamagnetica (ovvero non subisce l'effetto di un campo magnetico) perché ha tutti i suoi elettroni accoppiati.

σ1s2, σ*1s2, σ2s2, σ*2s2, σ2px2
Sensa schei né paura ma coa tega sempre dura
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Come puoi vedere in N2 tutti gli elettroni sono accoppiati mentre O2 ha due elettroni non accoppiati. Questi elettroni spaiati sono responsabili del carattere magnetico dell'O2. Questi elettroni dell'O2 si muovo attorno al nucleo nelle loro orbite. Il loro moto orbitalico genera un loop di corrente che produce un campo magnetico. Si potrebbe pensare che entrambi gli elettroni spaiati ruotino in direzione orario così che il loro campo magnetico si aggiungerà per creare un forte campo magnetico risultante che rende O2 un potente magnete. Ma questo non accade perché questi elettroni sono disposti casualmente nella molecola così essi cancellano il magnetismo l'uno dell'altro e solo un debole magnetismo rimane all'interno della molecola.
Quando applichiamo un campo magnetico esterno questi piccoli magneti si allineano nella stessa direzione del campo magnetico producendo quindi un magnetismo indotto nella direzione del campo applicato che è proporzionale al campo applicato. Ecco perché l'O2 viene attratto verso un campo magnetico esterno. Questo tipo di magnetismo è chiamato paramagnetismo.
Nel caso della molecola di N2, tutti gli elettroni sono accoppiati. Ciò significa che metà degli elettroni girano in senso orario e metà in senso antiorario. A causa dei loro spin opposti essi producono un campo magnetico nella direzione opposta così che il magnetismo risultante diventi zero. Quando tali molecole sono poste in un campo magnetico esterno essi producono un campo magnetico indotto nella direzione opposta ed è per questo che essi respingono il campo magnetico. Questo tipo di magnetismo è chiamato diamagnetismo.
In realtà tutti gli atomi/molecole sono diamagnetiche per natura ma la presenza di elettroni spaiati produce del magnetismo negli atomi/molecole e le rende paramagnetiche. Le molecole paramagnetiche vengono attratte verso campi magnetici esterni e le molecole diamagnetiche respingono il campo magnetico esterno.
Si può facilmente predire la natura magnetica di qualsiasi atomo/molecola tramite la sua configurazione elettroni. Se esso ha degli elettroni spaiati sarà paramagnetico e nell'alttro caso sarà diamagnetico.
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In alcuni casi, la teoria VB non può spiegare le proprietà osservate di una molecola. Prendiamo ad esempio l'ossigeno molecolare O2.
Secondo la teoria VB, ogni atomo di ossigeno ha tre orbitali ibridi sp2, c'è un legame sigma formato dalla sovrapposizione di un coppi di orbitali ibridi sp2 da ogni atomo, un legame pi formato dalla sovrapposizione di orbitali atomici pi e ogni atomo di ossigeno ha due coppie di non legame in orbitali ibridi 2sp2. Da questa immagine, appare che tutti gli elettroni nella molecola siano accoppiati assieme e che quindi la molecola dovrebbe essere diamagnetica. Risulta che la molecola sia paramagnetica. La teoria VB non è complessa abbastanza per spiegare questa proprietà fisica ed è qui dove la teoria MO appare. L'altro motivo per cui la teoria MO è utile a questo livello di chimica è il fatto che predica se una molecola si formerà o no. Questo viene fatto calcolando l'ordine di legame basato su un diagramma MO.

La teoria dell'orbita molecolare descrive i livelli energetici di elettroni di legame e di non legame in termini di orbitali molecolari che risultano dall'interazione di orbitali atomici degli atomi leganti.
La prima figura che ho messo è un diagramma generale degli orbitali molecolari energia-livelli per i primi due livelli energetici. Va prima capito e poi saputo completare, ovvero si deve saper disegnare un diagramma del genere e soprattutto va saputo come disporre al suo interno gli elettroni.
Gli orbitali atomici si combinano a dare degli orbitali atomici di legame e di antilegame (quelli indicati con s*). Gli orbitali leganti rappresentano lo spazio condiviso dagli atomi leganti in cui gli elettroni possono essere locati. Gli orbitali antileganti (s*) rappresentano lo spazio che è disponibile agli elettroni che non è condiviso dai due atomi nel legame. È utile vedere l'analogia tra una configurazione elettronica MO ed una configurazione elettronica atomica.
La seconda figura che ho messo rappresenta il diagramma MO e la configurazione elettronica per la molecola N2 e l'atomo N.

Regole per scrivere il diagramma MO per una molecola

1. Il numero di orbitali molecolari formati è uguale al numero di orbitali atomici combinati.
2. Il riempimento degli elettroni negli OM avviene dal livello energetico più basso al più alto.
3. Il principio di esclusione di Pauli è ancora valido - due elettroni per ogni OM.
4. La regola di Hund è anch'essa ancora valida - usare la massima molteplicità di spin quando si riempiono gli OM.
5. Il numero di elettroni negli OM è uguale alla somma di tutti gli elettroni per gli atomi leganti.

Ordine di legame (BO)

BO = 1/2 [somma degli elettroni negli OM leganti - somma degli elettroni negli OM antileganti]

1. Un ordine di legame uguale a zero significa che la molecola NON esiste.
2. Si possono avere ordini di legame frazionari ma i valori interi sono i più stabili.
3. Un legame singolo ha valore pari ad 1, un legame doppio 2, un legame triplo 3.

Nell'ultima immagine ho riportato il diagramma MO e la configurazione elettronica per la molecola O2 e la molecola F2.


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ClaudioG., U-235, luigi_67, LuiCap, LegiiT, myttex
Incredible bravo! Io non avrei la pazienza di scrivere tutta questa roba
Nulla si CREA, nulla si DISTRUGGE -Democrito & Lavoisier-
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Sono cose che un chimico DEVE sapere. Spesso questa è una domanda che si fa in chimica inorganica o in chimica fisica ad un esame orale :-D
A me piace scrivere e fare divulgazione quindi non mi pesa. O meglio è uno sbattimento ma lo si fa con piacere e può sempre servire a chi studia...
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Mario, U-235, myttex
Grande, chiarissimo e gentilissimo

Si infatti da noi ne ha parlato in chimica inorganica, per la teoria degli orbitali molecolari
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Quimico, hai il dono di riuscire a spiegare in maniera comprensibile a tutti cose che semplici non sono affatto e non è da tutti... Bravissimo!
Leggo sempre con piacere i tuoi post!
Un saluto
Luigi
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quimico




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