I gas nobili esistono (solo) allo stato di gas monoatomico

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Edoardo Mora
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1 I gas nobili esistono (solo) allo stato di gas monoatomico In condizioni normali non formano composti, dimostrando che i loro atomi non tendono a legarsi (inerzia chimica)

2 Legame chimico G. N. Lewis (1916): gli elettroni del livello esterno (livello di valenza) sono i responsabili dell unione tra gli atomi I gas nobili esistono allo stato di gas monoatomico In condizioni normali non formano composti, dimostrando che i loro atomi non tendono a legarsi (inerzia chimica) He 1s 2 Ne 1s 2 2s 2 2p 6 Ar 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Regola dell ottetto Ogni atomo, in base al numero di elettroni di valenza, tende a cedere, acquistare o mettere in comune gli elettroni tramite la formazione di legami fino a raggiungere una configurazione elettronica esterna simile a quella dei gas nobili, caratterizzata cioè dalla presenza di otto elettroni

3 Legame chimico 1. Gli elettroni del livello esterno (elettroni di valenza) giocano un ruolo fondamentale nel legame chimico 2. Gli elettroni vengono trasferiti o condivisi in modo tale che ogni atomo acquisti una configurazione stabile; in genere, questa configurazione è quella di un gas nobile, con otto elettroni nel livello esterno (regola dell ottetto) 3. Nel primo tipo di legame gli elettroni vengono trasferiti da un atomo ad un altro; si formano ioni positivi e negativi che si attraggono tra loro in conseguenza di forze elettrostatiche (legame ionico) 4. Nel secondo tipo di legame due o più coppie di elettroni vengono condivise tra gli atomi; questa condivisione di elettroni è detta legame covalente

Simboli di Lewis Permettono di visualizzare la configurazione elettronica esterna (elettroni di valenza) degli atomi Gli elettroni di valenza vengono rappresentati con dei punti, disposti intorno al

4 Simboli di Lewis Permettono di visualizzare la configurazione elettronica esterna (elettroni di valenza) degli atomi Gli elettroni di valenza vengono rappresentati con dei punti, disposti intorno al simbolo chimico dell elemento Se sono inferiori a 4, i punti che li rappresentano vengono collocati intorno al simbolo, il più possibile spaziati l uno dall altro (fino al C e al Si) Se sono in numero superiore a 4, i punti che li rappresentano vengono collocati sui quattro lati intorno al simbolo, disposti a coppie (rappresentate anche con un trattino) o spaiati

5 Metalli alcalini Facile da rimuovere Difficile da rimuovere Alogeni Difficile da aggiungere Facile da aggiungere

6 Perdono elettroni Acquistano elettroni

9 Cariche dei cationi dei metalli di transizione comunemente presenti in soluzione acquosa

10 Formano cationi Formano anioni

11 Elettronegatività L elettronegatività è una misura della capacità di un atomo di attrarre verso di sé gli elettroni di legame Sulla tavola periodica l elettronegatività aumenta andando verso destra e verso l alto e diminuisce andando verso sinistra e verso il basso

12 Cationi, anioni o atomi neutri con configurazioni elettroniche nello stato fondamentale dei gas nobili Gli elementi più elettronegativi sono il F (4.0), l O (3.5), l N (3.0) e il Cl (3.0) Gli elementi meno elettronegativi sono il K (0.9), il Rb (0.9), il Cs (0.8) e il Fr (0.8)

13 Legame ionico Il legame ionico si realizza in seguito al trasferimento di elettroni da un metallo a un non metallo (formazione di cationi e anioni) Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 EN (Na) = 0.9 EN (Cl) = 3.0 Gli ioni si attraggono tramite forze elettrostatiche Si forma tra atomi con un alta differenza di elettronegatività I composti ionici tendono ad aggregarsi in reticoli cristallini

15 Nel cloruro di sodio (NaCl), gli ioni Na + e Cl si alternano in una struttura cubica

16 Struttura del cloruro di sodio

Struttura cristallina del cloruro di sodio (NaCl) I composti ionici sono costituiti da un insieme di ioni di carica opposta tenuti insieme da forze di attrazione

17 Struttura cristallina del cloruro di sodio (NaCl) I composti ionici sono costituiti da un insieme di ioni di carica opposta tenuti insieme da forze di attrazione elettrostatiche Il reticolo di NaCl è cubico con gli ioni Cl posti ai vertici e al centro delle facce del cubo Gli ioni Na + occupano il centro e i punti medi degli spigoli del cubo

Un composto ionico coinvolge un elevato numero di ioni positivi e negativi, organizzati in un reticolo cristallino I reticoli cristallini possono

18 Un composto ionico coinvolge un elevato numero di ioni positivi e negativi, organizzati in un reticolo cristallino I reticoli cristallini possono essere di vari tipi Dal punto di vista energetico, questa è la situazione più favorevole Una formula come NaCl (o CsCl, ZnS, CaF 2 ) indica solo un rapporto

26 I composti ionici sono fragili!! I composti ionici disciolti in soluzione acquosa conducono l elettricità!!

27 FIGURA 5-2 Conducibilità dell elettricità in una soluzione Soluzione acquosa di MgCl 2

28 I sali I sali sono composti ionici formati da un: catione monoatomico derivante da un metallo dei gruppi principali (per es. Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Al 3+, Pb 2+ ) o da un metallo di transizione (per es. Cr 3+, Mn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Co 2+, Co 3+, Ni 2+, Cu +, Cu 2+, Zn 2+, Ag +, Cd 2+, Hg 2+ ) o un catione poliatomico (per es. NH 4+ ) anione monoatomico (per es. F, Cl, Br, I, S 2 ) o un anione poliatomico (NO 3, SO 4 2, CO 3 2, ClO 4, CH 3 COO ) Per es. NaCl, MgF 2, CaCO 3, Na 2 SO 4, NH 4 Cl, NH 4 NO 3

29 Sali, ossidi e solfuri Se l anione è O 2 i composti si chiamano ossidi per es. Li 2 O, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, MnO 2 Se l anione è S 2 i composti si chiamano solfuri per es. Cu 2 S, PbS, HgS, ZnS

30 Sali, ossidi e solfuri Come si possono prevedere le formule di sali, ossidi e solfuri? I sali e gli ossidi sono complessivamente neutri La carica di tutti i cationi presenti nell unità formula deve essere bilanciata da quella di tutti gli anioni Na + (se si lega con Cl ci vuole solo un anione per formare NaCl, se si lega con O 2 o S 2 ci vogliono due cationi per formare Na 2 O o Na 2 S) Mg 2+ (se si lega con F ci vogliono due anioni per formare MgF 2, se si lega con O 2 ci vuole un solo anione per formare MgO) Al 3+ (se si lega con Cl ci vogliono tre anioni per formare AlCl 3, se si lega con O 2 ci vogliono due cationi e tre anioni per formare Al 2 O 3 ) Per scrivere la formula si scambiano le cariche di catione e anione, mettendole come pedice Si semplificano gli indici nel caso siano divisibili per uno stesso numero

31 Sali, ossidi e solfuri Mn 2+ Mn 4+

32 Sali, ossidi e solfuri (FeO Fe 2 O 3 ) Pirite FeS 2 Lead Minio Pb 3 O 4 (2PbO PbO 2 ) Galena PbS

33 Sali, ossidi e solfuri Pirite, l oro degli stolti Ematite Bauxite, principale fonte di alluminio con impurezze di Fe, Ti e Si (Al 2 O 3 è ca %) Dalla città di Le Baux-en- Provence in Francia Minio Dal fiume Mino in Spagna, da cui miniatura Magnetite, l ossido di ferro con proprietà magnetiche Dalla città di Magnesia in Turchia Cinabro Per la sua capacità di trasformarsi in mercurio, è alla base della teoria alchemica della pietra filosofale Colonne di malachite nella cattedrale di Sant Isacco a San Pietroburgo

34 Esercizi Scrivere la configurazione elettronica completa (elettroni interni e esterni) ed esterna dei seguenti ioni: F, S 2, N 3, Ca 2+, Al 3+, Na +. Dalla combinazione di quali elementi si forma un composto ionico? H e F; Al e S; C e O; Mg e S; Be e Cl; Li e O. Scrivere la formula per i composti ionici usando i simboli di Lewis oppure le cariche degli ioni. Scrivere la formula dei sali che si ottengono per combinazione dei seguenti ioni: Na + e CO 2 3 (ione carbonato), K + e PO 3 4 (ione fosfato), Mg 2+ e HPO 2 4 (ione idrogenofosfato), Al 3+ e SO 2 4 (ione solfato), Ca 2+ e NO 3 (ione nitrato), NH + 4 (ione ammonio) e Cl, NH + 4 (ione ammonio) e SO 2 3 (ione solfito)

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