TEMA 7. Momento dipolare del legame. Momento dipolare della molecola. Legame a idrogeno.
La misura della polarità di un legame è data dal suo momento dipolare μ:
μ = e·l,
dove e è la carica dell’elettrone, l è la distanza tra i centri delle cariche positive e negative.
Il momento dipolare è una grandezza vettoriale. I concetti di "momento dipolare del legame" e "momento dipolare della molecola" coincidono solo per le molecole biatomiche. Il momento dipolare di una molecola è la somma vettoriale dei momenti dipolari di tutti i legami. Pertanto, il momento dipolare di una molecola poliatomica dipende dalla sua struttura.
Nella molecola lineare di CO₂, ad esempio, ciascun legame C–O è polare. Tuttavia, la molecola nel suo complesso è apolare, poiché i momenti dipolari dei legami si annullano a vicenda (fig. 5.4). Il momento dipolare della molecola di anidride carbonica è μ = 0.

Nella molecola angolare di H₂O, i legami polari O–H sono disposti con un angolo di 104,5°. La somma vettoriale dei momenti dipolari dei due legami O–H è rappresentata dalla diagonale del parallelogramma (fig. 5.4). Di conseguenza, il momento dipolare della molecola dell’acqua μ è diverso da zero.
Fig. 5.4. Momenti dipolari delle molecole CO₂ e H₂O

Esempio 1. Determinare quali tra le seguenti molecole: F₂, HF, BeF₂, BF₃, PF₃, CF₄ sono polari.
Soluzione: Le molecole biatomiche formate da atomi identici (F₂) sono apolari, mentre quelle formate da atomi diversi (HF) sono polari. La polarità delle molecole costituite da tre o più atomi è determinata dalla loro struttura. La struttura delle molecole BeF₂, BF₃, CF₄ si spiega ricorrendo al concetto di ibridazione degli orbitali atomici (rispettivamente ibridazione sp, sp² e sp³). La somma geometrica dei momenti dipolari dei legami E–F in queste molecole è uguale a zero, quindi esse sono apolari.
Durante la formazione della molecola PF₃ avviene la sovrapposizione di tre orbitali p dell’atomo di fosforo con gli orbitali p elettronici dei tre atomi di fluoro. Di conseguenza, la molecola ha una struttura piramidale. Giungiamo alla stessa conclusione se spieghiamo la struttura della molecola PF₃ ricorrendo all’ibridazione sp³ con la partecipazione di una coppia elettronica non condivisa. Il momento dipolare risultante dei legami P–F è diverso da zero e la molecola è polare.

Esempio 2. Caratterizzare le possibilità di valenza degli atomi di ossigeno e selenio.
Soluzione: La configurazione elettronica dell’atomo di ossigeno è 1s²2s²2p⁴. Nel livello elettronico esterno di questo atomo vi sono sei elettroni, due dei quali spaiati. Pertanto, l’ossigeno nei suoi composti è bivalente. Questo è l’unico stato di valenza possibile per l’ossigeno, poiché gli elementi del secondo periodo non possiedono orbitali d.

L’atomo di selenio, che si trova nel quarto periodo, possiede nel livello elettronico esterno, oltre agli orbitali s e p, anche orbitali d, sui quali, in stato eccitato, possono migrare elettroni s e p. Di conseguenza, come nel caso dello zolfo (fig. 5.9), il selenio nei suoi composti può presentarsi non solo in forma bivalente, ma anche tetravalente e esavalente.

Esempio 3. Ordinare le molecole NH₃, H₂O, SiH₄, PH₃ in ordine crescente della lunghezza del legame elemento-idrogeno.
Soluzione: La lunghezza del legame chimico aumenta con l’aumentare del raggio atomico dell’elemento legato all’idrogeno. In ordine crescente della lunghezza del legame: H₂O, NH₃, PH₃, SiH₄.

Esempio 4. Ordinare le molecole O₂, N₂, Cl₂, Br₂ in ordine crescente dell’energia del legame chimico.
Soluzione: L’energia del legame aumenta con la diminuzione della sua lunghezza e l’aumento della molteplicità del legame. Pertanto, il legame singolo nella molecola del cloro è più forte di quello nella molecola del bromo. Nella molecola di ossigeno è presente un doppio legame. Questo è più forte del legame singolo del cloro, ma più debole del triplo legame nella molecola dell’azoto. Di conseguenza, l’energia del legame chimico aumenta nel seguente ordine: Br₂, Cl₂, O₂, N₂.

Esempio 5. Determinare il tipo di reticolo cristallino delle seguenti sostanze: grafite, zinco, cloruro di zinco, diossido di carbonio solido.
Soluzione: La grafite, come il diamante, ha un reticolo cristallino atomico, mentre lo zinco possiede un reticolo cristallino metallico. Il cloruro di zinco ha un reticolo cristallino ionico. Nei nodi del reticolo cristallino del diossido di carbonio (IV) solido si trovano molecole di CO₂, quindi questa sostanza allo stato solido possiede un reticolo cristallino molecolare.

Determinare quali tra le seguenti molecole: CO, CO₂, C₂H₂, H₂S, PH₃, Cl₂ sono apolari.

5.2.
Caratterizzare le possibilità di valenza degli atomi di fluoro e bromo.

5.3.
Ordinare le molecole Cl₂, Br₂, O₂, N₂ in ordine crescente della lunghezza del legame chimico.

5.4.
Ordinare le molecole H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te in ordine crescente dell’energia del legame elemento-idrogeno.

5.5.
Determinare il tipo di reticolo cristallino delle seguenti sostanze: ferro, silicio, iodio, fluoruro di calcio.

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