Dubbi sui legami

Buongiorno a tutti.

Premetto che sono una matricola e che di chimica praticamente non ne ho vista nella mia vita.

Mi sto mettendo un po' avanti perchè le lezioni non sono ancora cominciate e mi sono imbattuto nei legami.

Avrei qualche dubbio:

1) L'ossigeno in natura si trova in forma molecolare. Ma un atomo di ossigeno ha due elettroni spaiati; al momento che due atomi di ossigeno mettono in comune due elettroni, rimangono comunque altri due elettroni spaiati: si forma un legame [img=9x11]https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9be4ba0bb8df3af72e90a0535fabcc17431e540a[/img] tra i due elettroni spaiati?

Inoltre, sempre l'ossigeno molecolare, come fa a legarsi agli atomi di idrogeno per formare l'acqua? Cioè, i due atomi di ossigeno sono già legati tra di loro, ed hanno entrambi messo in comune almeno un elettrone ciascuno. Quindi, ammettendo che non si formi nessun legame pi greco o di altro tipo tra i due elettroni rimanenti, ogni atomo di ossigeno sarebbe in grado di legarsi ad un solo atomo di idrogeno. Come fa quindi a crearsi una molecola d'acqua? Si rompe il legame tra gli atomi di ossigeno? (qualora si formi un legame anche tra i due elettroni rimanenti, ogni atomo di ossigeno rimarrebbe a corto di elettroni spaiati, quindi la possibilità di formare una molecola d'acqua senza slegarsi dall'altro atomo di ossigeno mi sembra ancora più remota)

2) Quando si forma un legame ionico: Na+F; perchè non si instaura un legame covalente, ma proprio ionico? Cioè perchè il Fluoro "ruba" (più precisamente accetta) l'elettrone del Sodio piuttosto che metterne in comune uno insieme al Sodio? Io ho provato a rispondere: ho supposto che la differenza di potenziale di ionizzazione sia talmente alta che piuttosto che condividere, gli elementi siano indotti a cedere e accettare. (Anche in ragione della regola dell'ottetto, infatti il Sodio non va verso la stabilità acquisendo un elettrone messo in comune con il Fluoro, mentre diventa stabile cedendone direttamente uno). Il mio dubbio era se il mio ragionamento fosse sensato e se non mi sfuggisse qualcosa.

3) Cosa induce due atomi ad instaurare un legame covalente? Cioè, so che Lewis aveva intuito che due atomi mettessero in comune una coppia di elettroni, ma c'è una spiegazione scientifica non sperimentale? C'è una formula che lo afferma? 

Chiedo scusa per la mole di domande, ma sono dubbi piuttosto pressanti per me 

Grazie,

Samuel

1) L'ossigeno ha una configurazione elettronica 1s12s22p4, quindi possiede 6 elettroni nel livello più esterno, ovvero quello interessato ai legami chimici; due atomi di ossigeno, condividendo ciascuno due elettroni formano due legami covalenti puri in modo tale che ciascun atomo raggiunga la configurazione esterna del gas nobile più vicino, il neon. Poiché i due atomi di ossigeno isolati allo stato gassoso possiedono un energia potenziale più elevata della molecola di O2 allo stato gassoso, la formazione del legame libera energia.

I due legami sono covalenti puri perché si formano tra due atomi aventi la stessa elettronegatività.

La molecola di acqua si forma come mostrato di seguito:

2) Si forma un legame ionico perché l'affinità elettronica dell'atomo di fluoro è circa 6 volte maggiore di quella di un atomo di sodio, come puoi leggere al seguente link: http://ebook.scuola.zanichelli.it/atkinschimica/unita-uno/gli-atomi-il-mondo-quantico/il-carattere-periodico-delle-proprieta-atomiche/l-affinita-elettronica#84

Oppure si può ragionare in termini di elettronegatività: l'atomo di fluoro è il più elettronegativo di tutto il sistema periodico (4,0); l'atomo di sodio ha un'elettronegatività pari a 0,9. Tanto più elevata è la differenza di elettronegatività tra i due atomi che formano il legame chimico, tanto maggiore è la % di ionicità del legame stesso.

La % di ionicità maggiore di tutti è quella del legame tra francio (0,7) e fluoro (4,0).

3) Le leggi della chimica (e di tutte le discipline scientifiche) sono tutte derivate da misure sperimentali. Si forma un legame fra due o più atomi quando la formazione del legame porta ad un composto più stabile rispetto ai singoli atomi isolati.

In realtà l'ossigeno molecolare è diradicalico e i 2 elettroni spaiati sono in 2 orbitali pigreco di antilegame (infatti l'ossigeno liquido è paramagnetico). E' un tripletto nel suo stato fondamentale e diventa un singoletto nello stato eccitato.

LuiCap ha scritto:

1) L'ossigeno ha una configurazione elettronica 1s12s22p4, quindi possiede 6 elettroni nel livello più esterno, ovvero quello interessato ai legami chimici; due atomi di ossigeno, condividendo ciascuno due elettroni formano due legami covalenti puri in modo tale che ciascun atomo raggiunga la configurazione esterna del gas nobile più vicino, il neon. Poiché i due atomi di ossigeno isolati allo stato gassoso possiedono un energia potenziale più elevata della molecola di O2 allo stato gassoso, la formazione del legame libera energia. I due legami sono covalenti puri perché si formano tra due atomi aventi la stessa elettronegatività. La molecola di acqua si forma come mostrato di seguito: 2) Si forma un legame ionico perché l'affinità elettronica dell'atomo di fluoro è circa 6 volte maggiore di quella di un atomo di sodio, come puoi leggere al seguente link: http://ebook.scuola.zanichelli.it/atkinschimica/unita-uno/gli-atomi-il-mondo-quantico/il-carattere-periodico-delle-proprieta-atomiche/l-affinita-elettronica#84 Oppure si può ragionare in termini di elettronegatività: l'atomo di fluoro è il più elettronegativo di tutto il sistema periodico (4,0); l'atomo di sodio ha un'elettronegatività pari a 0,9. Tanto più elevata è la differenza di elettronegatività tra i due atomi che formano il legame chimico, tanto maggiore è la % di ionicità del legame stesso. La % di ionicità maggiore di tutti è quella del legame tra francio (0,7) e fluoro (4,0). 3) Le leggi della chimica (e di tutte le discipline scientifiche) sono tutte derivate da misure sperimentali. Si forma un legame fra due o più atomi quando la formazione del legame porta ad un composto più stabile rispetto ai singoli atomi isolati.

Intanto la ringrazio per la risposta; non ho capito alcune cose: intanto la configurazione elettronica dell'ossigeno prevede due orbitali di tipo 2p con ciascuno un elettrone con stesso spin, perciò come ha fatto a passare da 1) a 2)? (foto sotto)

(non so perchè venga al contrario) Io sapevo che la struttura fosse quella rappresentata in 1). Inoltre, proprio per questo, mi viene da supporre che siano presenti un legame sigma e un legame pigreco:

(mi scuso per il disegno poco gradevole). Per praticità ho omesso gli orbitali 2py, che ho supposto "contenere" i due elettroni di spin opposto. Con la sovrapposizione dei due orbitali px si crea un legame sigma, mentre gli orbitali pz, non sovrapponendosi, creano un legame pi greco. Almeno io sapevo così; qual'è l'errore? L'altro dubbio è: lei mi ha fatto vedere questo:

che mi sembra essere un legame covalente, e poi l'ha associato alla formula NaF poi sotto mi ha scritto:

che invece è un legame ionico. Non capisco: quindi esiste un legame covalente tra Na e F? Spero di non aver fatto troppa confusione. Grazie, Samuel

---

ch01 ha scritto:

In realtà l'ossigeno molecolare è diradicalico e i 2 elettroni spaiati sono in 2 orbitali pigreco di antilegame (infatti l'ossigeno liquido è paramagnetico). E' un tripletto nel suo stato fondamentale e diventa un singoletto nello stato eccitato.

Grazie per la risposta. Non capisco una cosa però.  Come fanno ad essere in due orbitali pigreco? Gli orbitali potenzialmente sovrapponibili sono 2, perchè un orbitale 2p è occupato. Assodato il fatto che gli elettroni stiano separati, quindi che entrambi gli orbitali contengono un elettrone, è conseguente che, in qualsiasi posizione si trovi l'atomo, almeno un orbitale sigma si forma.

. Ho trovato online questa fonte:

Cosa ne pensi? Grazie, Samuel

Ho risposto in quel modo molto semplicistico e non rigoroso perché all'inizio della discussione hai iniziato dicendo "che di chimica praticamente non ne ho vista nella mia vita". Infatti per l'ossigeno non ho parlato di orbitali, ma semplicemente del "livello" più esterno in cui sono collocati i suoi sei elettroni. Mi scuso se ti ho sottovalutato.

OSSIGENO

Si trova in natura sotto forma di molecola biatomica (O2), la cui struttura particolare non è rappresentabile mediante una formula di Lewis; infatti, sperimentalmente, si è accertato che la lunghezza di legame tra i due atomi di ossigeno corrisponde a quella del doppio legame, e che la molecola presenta il fenomeno del paramagnetismo (cioè viene debolmente attratta da un magnete), il che indica la presenza di elettroni spaiati capaci di conferire alla molecola proprietà magnetiche.

Quindi, né la formula con tutti gli elettroni appaiati (che indicherebbe assenza di proprietà magnetiche), né la formula con due elettroni spaiati (in cui sarebbe presente un legame singolo) sono adatte a descrivere la molecola dell'ossigeno.

La struttura della molecola di O2 può essere spiegata in modo esauriente con la teoria degli orbitali molecolari.

Teoria degli orbitali molecolari

Configurazione delle molecole biatomiche omonucleari

È possibile stabilire la struttura elettronica di tali molecole seguendo le seguenti regole:

a) gli elettroni disponibile devono essere distribuiti su orbitali molecolari;

b) il numero di elettroni disponibili è uguale al numero totale di elettroni contenuti sugli orbitali atomici combinati;

c) il numero degli orbitali molecolari è uguale al numero di orbitali atomici combinati;

d) il riempimento degli orbitali molecolari avviene secondo l'ordine della loro energia crescente secondo la seguente figura:

e) ciascun orbitale molecolare (legante o antilegante) può ospitare al massimo due elettroni con spin antiparallelo (principio di esclusione di Pauli);

f) il riempimento degli orbitali molecolari isoenergetici avviene secondo la regola di Hund o della massima molteplicità (si procede dapprima al mezzo riempimento degli orbitali molecolari caratterizzati dalla medesima energia);

f) affinché avvenga un legame tra due atomi deve risultare un eccesso di elettroni leganti (quelli che occupano gli orbitali molecolari leganti) nei confronti di quelli antileganti (quelli che occupano gli orbitali molecolari antileganti);

g) i numero totale di legami tra due atomi, detto ordine di legame, si ottiene dividendo per due l'eccesso di elettroni leganti.

Secondo queste regole la configurazione elettronica della molecola di O2 nel suo stato fondamentale si ricava nel seguente modo:

Z = 8

- configurazione elettronica dell'atomo: 1s2 2s2 2p4

- numero di orbitali atomici di partenza: 12 (6 per ogni atomo: due orbitali atomici 1s e 2s e i quattro orbitali atomici 2p)

- numero di orbitali molecolari che si ottengono: 12

- configurazione elettronica della molecola: 1σ2 2σ*2 3σ2 1π4 2π*2

- eccesso di elettroni leganti: 8-4 = 4

- ordine di legame: 4/2 = 2

La molecola di O2, nella quale i due atomi di ossigeno sono legati con un doppio legame, uno signa e un pi greco, è confermata dalla teoria degli orbitali molecolari.

In realtà gli ultimi due elettroni sono spaiati e, per mettere in evidenza questo, si può rappresentare la struttura nel seguente modo:

Fluoruro di sodio

Ti allego alcune scansioni tratte da un testo di chimica di base per le scuole superiori:

F. Bagatti, E. Corradi, A. Desco, C. Ropa

Chimica

Zanichelli, Bologna, 1996

Niente di particolarmente complicato; andando avanti nel tuo percorso universitario incontrerai corsi dove questi argomenti ti verranno spiegati con modelli matematici molto complessi (che io, ad esempio, non so assolutamente), ma ritengo che se uno possiede delle buone e semplici basi sia poi facilitato nello studio delle teorie più complesse che spiegano il mondo che ci circonda.

LuiCap ha scritto:

Ho risposto in quel modo molto semplicistico e non rigoroso perché all'inizio della discussione hai iniziato dicendo "che di chimica praticamente non ne ho vista nella mia vita". Infatti per l'ossigeno non ho parlato di orbitali, ma semplicemente del "livello" più esterno in cui sono collocati i suoi sei elettroni. Mi scuso se ti ho sottovalutato.

OSSIGENO

Si trova in natura sotto forma di molecola biatomica (O2), la cui struttura particolare non è rappresentabile mediante una formula di Lewis; infatti, sperimentalmente, si è accertato che la lunghezza di legame tra i due atomi di ossigeno corrisponde a quella del doppio legame, e che la molecola presenta il fenomeno del paramagnetismo (cioè viene debolmente attratta da un magnete), il che indica la presenza di elettroni spaiati capaci di conferire alla molecola proprietà magnetiche.

Quindi, né la formula con tutti gli elettroni appaiati (che indicherebbe assenza di proprietà magnetiche), né la formula con due elettroni spaiati (in cui sarebbe presente un legame singolo) sono adatte a descrivere la molecola dell'ossigeno.

La struttura della molecola di O2 può essere spiegata in modo esauriente con la teoria degli orbitali molecolari.

Teoria degli orbitali molecolari

Configurazione delle molecole biatomiche omonucleari

È possibile stabilire la struttura elettronica di tali molecole seguendo le seguenti regole:

a) gli elettroni disponibile devono essere distribuiti su orbitali molecolari;

b) il numero di elettroni disponibili è uguale al numero totale di elettroni contenuti sugli orbitali atomici combinati;

c) il numero degli orbitali molecolari è uguale al numero di orbitali atomici combinati;

d) il riempimento degli orbitali molecolari avviene secondo l'ordine della loro energia crescente secondo la seguente figura:

e) ciascun orbitale molecolare (legante o antilegante) può ospitare al massimo due elettroni con spin antiparallelo (principio di esclusione di Pauli);

f) il riempimento degli orbitali molecolari isoenergetici avviene secondo la regola di Hund o della massima molteplicità (si procede dapprima al mezzo riempimento degli orbitali molecolari caratterizzati dalla medesima energia);

f) affinché avvenga un legame tra due atomi deve risultare un eccesso di elettroni leganti (quelli che occupano gli orbitali molecolari leganti) nei confronti di quelli antileganti (quelli che occupano gli orbitali molecolari antileganti);

g) i numero totale di legami tra due atomi, detto ordine di legame, si ottiene dividendo per due l'eccesso di elettroni leganti.

Secondo queste regole la configurazione elettronica della molecola di O2 nel suo stato fondamentale si ricava nel seguente modo:

Z = 8

- configurazione elettronica dell'atomo: 1s2 2s2 2p4

- numero di orbitali atomici di partenza: 12 (6 per ogni atomo: due orbitali atomici 1s e 2s e i quattro orbitali atomici 2p)

- numero di orbitali molecolari che si ottengono: 12

- configurazione elettronica della molecola: 1σ2 2σ*2 3σ2 1π4 2π*2

- eccesso di elettroni leganti: 8-4 = 4

- ordine di legame: 4/2 = 2

La molecola di O2, nella quale i due atomi di ossigeno sono legati con un doppio legame, uno signa e un pi greco, è confermata dalla teoria degli orbitali molecolari.

In realtà gli ultimi due elettroni sono spaiati e, per mettere in evidenza questo, si può rappresentare la struttura nel seguente modo:

Fluoruro di sodio

Ti allego alcune scansioni tratte da un testo di chimica di base per le scuole superiori:

F. Bagatti, E. Corradi, A. Desco, C. Ropa

Chimica

Zanichelli, Bologna, 1996

Niente di particolarmente complicato; andando avanti nel tuo percorso universitario incontrerai corsi dove questi argomenti ti verranno spiegati con modelli matematici molto complessi (che io, ad esempio, non so assolutamente), ma ritengo che se uno possiede delle buone e semplici basi sia poi facilitato nello studio delle teorie più complesse che spiegano il mondo che ci circonda.

Grazie mille per la risposta e per l'evidente impegno che ci ha messo. Direi che è stata piuttosto esaustiva   

Samuel