CHIMICA
ORBITALI IBRIDI
II Liceo SCIENZE APPLICATE
Prof. Patrizia MOSCATELLI
[email protected]
www.ianua.com/patrizia/scuola
Liceo statale “Volterra” – Ciampino(RM)
Slid
Gli elementi
I sistemi biologici concentrano certi elementi e ne
rifiutano altri, e questi processi possono
richiedere energia.
C’è una selezione naturale degli elementi.
– Quattro elementi (H, O, C, N) sono quelli base,
>99% del numero di atomi
– Altri 7 elementi (Na, K, Ca, Mg, P, S e Cl) sono
assolutamente essenziali, 0.9% del numero di
atomi
– Altri elementi (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) sono
necessari in alcune specie.
Presenza di elementi nel corpo umano
Il 99% della massa corporea umana è costituita da sei elementi: ossigeno, carbonio,
idrogeno, azoto, calcio e fosforo.
Elemento
Percentuale di massa
Ossigeno
65
Carbonio
18
Idrogeno
10
Azoto
3
Calcio
1.5
Fosforo
1.2
Potassio
0.2
Zolfo
0.2
Cloro
0.2
Sodio
0.1
Magnesio
0.05
Ferro, Cobalto, Rame, Zinco, Iodio
<0.05 ciascuno
Selenio, Fluoro
<0.01 ciascuno
Riprendiamo i legami……
Tra due atomi si forma un legame covalente quando si ha sovrapposizione di
legami atomici e la coppia di elettroni condivisi ha la massima probabilità di
essere localizzata tra i due nuclei.
In generale tutti i legami singoli formati dalla
sovrapposizione FRONTALE di orbitali s o p o ibridi sono
LEGAMI SIGMA
Il legame di tipo σ (sigma), avviene tra due atomi che mettono in comune un
elettrone ciascuno (avendo tali elettroni spin opposti) e si forma con la
sovrapposizione degli orbitali più esterni
Se la sovrapposizione dei due orbitali avviene
LATERALMENTE si ha sempre un legame covalente di
tipo π (pi greco) (lo si ha solo dopo un legame sigma)
Il legame risultante si estende al di sopra e al di sotto
il piano in cui giace il legame σ che congiunge i due
stessi nuclei.
Ma come fa il C a fare illimitati composti?
La struttura elettronica esterna del carbonio (C ) è s2p2
2s
2p
Ma questa configurazione non spiega la struttura
dei composti del carbonio.
Ad esempio nel metano il carbonio forma quattro legami
C-H identici.
H
Come è possibile dato che
orbitali del carbonio s e p
hanno energie diverse ?
H
C
H
H
TEORIA DELL’IBRIDAZIONE
La soluzione sta nella
IBRIDAZIONE DEGLI ORBITALI
cioè
Si trasformano in
Si prendono
degli orbitali
con differente
energia
un ugual numero
di orbitali
=
isoenergetici
dove gli elettroni si distribuiscono
uniformemente
sp
s
+
p
sp
Il totale dell’energia degli orbitali ibridi è
=
al totale dell’energia degli orbitali non ibridi
L’ibridazione di orbitali atomici è un processo che richiede energia, ma
aumentando il numero di elettroni “spaiati” su altrettanti orbitali ibridi,
aumenta il numero dei legami covalenti che quell’atomo può formare.
Quindi l’energia spesa inizialmente
viene recuperata con gli interessi.
L’IBRIDAZIONE avviene in due fasi:
Promozione elettronica
Se prendiamo ad esempio il Carbonio, l’elemento deve passare allo
stato eccitato "promuovendo" un elettrone dall'orbitale 2s nell'orbitale 2p vuoto (eccitazione), così da assumere una configurazione
elettronica esterna di tipo: 2s 2p3. Questa operazione richiede una
spesa energetica (circa 96 kcal/mole) ampiamente compensata
dalla possibilità di formare due ulteriori legami (ad esempio,
l'energia di un legame C-H è circa 100 kcal/mole).
In questo modo, abbiamo, non più due elettroni spaiati in grado di
formare due legami, bensì quattro, e quindi la possibilità di
realizzare altrettanti legami con altri atomi.
A questo punto, siamo in grado di spiegare la formazione dei 4
legami covalenti con i 4 atomi di H, ma non la perfetta
equivalenza degli stessi; infatti:
 3 legami covalenti deriverebbero dalla sovrapposizione di
ciascun orbitale
2p del C con l’orbitale 1s di ciascun atomo di H;
 1 legame covalente deriverebbe dalla sovrapposizione
dell’orbitale 1s di un atomo di H con l’orbitale 2s dell’atomo di C
IBRIDAZIONE sp
L’orbitale 2s si combina con 1 solo dei 3 orbitali 2p.
L’ orbitale s e l’orbitale p danno 2
orbitali ibridi, a
energia e forma
intermedia rispetto agli originali, che si dispongono a 180° di distanza l’uno dall’altro
I 2 orbitali p non ibridi si disporranno su piani perpendicolari rispetto
a quello degli orbitali ibridi
IBRIDAZIONE sp2
L’orbitale 2s si combina con 2 dei 3 orbitali 2p.
L’ orbitale s ed i 2
orbitali p danno 3
orbitali ibridi, a
energia e forma
intermedia rispetto agli originali. Si dispongono a 120° di distanza l’uno dall’altro.
L’orbitale p non ibrido si disporrà su
un piano perpendicolare rispetto a
quello degli orbitali ibridi
IBRIDAZIONE sp3
L’orbitale 2s si combina con tutti e 3 gli orbitali 2p.
L’ orbitale s ed i 3
orbitali p danno 4
orbitali ibridi, a
energia e forma
intermedia rispetto agli originali. Si dispongono ai vertici di un
tetraedro, a 109° di distanza l’uno dall’altro.
Esempio del CARBONIO
Il carbonio ha tre tipi di ibridazione
sp3
sp3
quattro orbitali ibridi
sp2
tre orbitali ibridi ed un orbitale
p non ibrido
sp2
p
sp
due orbitali ibridi e due orbitali
p non ibridi
sp
p
Perché esistono ibridazioni sp2 e sp che lasciano
orbitali p non ibridati?
Perché gli orbitali p servono per formare i legami p
quindi
ogni volta che abbiamo doppi legami sappiamo che
un legame è s ed uno è p
l’ibridazione del carbonio sarà
sp2 se vi è un solo doppio legame
sp se vi sono due doppi legami
Il carbonio forma sempre quattro legami covalenti:
4 legami s con ibridazione sp3
3 legami s ed uno p con ibridazione sp2
2 legami s e due p con ibridazione sp
RIASSUMENDO
determinando
diversa orientazione
nuova forma
Ibridazione dell’orbitale s con
3 orbitale p
ibridazione sp3
4 orbitali
sp3
4 legami s a 109°
tetraedro
2 orbitali p
ibridazione sp2
3 orbitali sp2
+1 orbitale p
3 legami s a 120°
complanari +
1 legame p
gli orbitali ibridi
formano solo
gli orbitali p liberi.
formano
legami s
legami p
1 orbitali p
ibridazione sp
2 orbitali sp
+2 orbitale p
2 legami s a 180°
complanari +
2 legame p
perpendicolari al piano dei
legami s