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Pillole Testbusters – Fisica: il lavoro nelle trasformazioni termodinamiche

L’ibridazione (o ibridizzazione) del carbonio è un argomento della chimica inorganica che funge da chiave di lettura nella comprensione della chimica organica e dei suoi composti.
Alcani, alcheni, alchini… argomento facile direte voi! Beh, vi assicuro che c’è di più dietro quei legami semplici, doppi e tripli.

Cos’è l’ibridazione?

L’ibridazione è un modello, una teoria matematica sviluppata per interpretare dati sperimentali, non un fenomeno fisico reale. Si tratta del mescolamento delle funzioni d’onda degli orbitali di uno stesso atomo che permette l’instaurarsi di orbitali nuovi, i cosiddetti orbitali ibridi.
Gli orbitali ibridi si formano in occasione dell’instaurarsi di un legame chimico e possono essere formati solo a partire da orbitali dello stesso livello energetico.

I nuovi ibridi formati sono:

  • Identici per forma
  • Identici per energia

Perché si formano gli orbitali ibridi?

  1. Per diminuire la repulsione tra gli elettroni
  2. Per formare legami più forti
  3. Perché si possano formare più legami
  4. Perché sono meglio orientati

Ibridazione del carbonio

Il carbonio, come ben sapete, possiede sei elettroni e la sua configurazione elettronica allo stato fondamentale è: 1s2, 2s2, 2p2. Questo significa che solamente due dei suoi elettroni risultano spaiati: 2px e 2py. In questo modo ,però, la struttura dei composti del carbonio non è giustificata. Essi infatti non costituiscono 2 legami, bensì 4! Nel metano (CH4) ad esempio il carbonio lega 4 idrogeni, com’è possibile?

La prima alternativa da considerare è L’ECCITAZIONE.
Essa viene introdotta quando si ha un numero di legami dell’atomo centrale diverso dal numero di elettroni spaiati. Eccitando il carbonio gli si fornisce energia ed uno dei due elettroni presenti nell’orbitale 2s va ad occupare l’orbitale 2pz formando lo stato di tetravalenza.
Anche questa disposizione elettronica però non descrive in maniera accurata la molecola di metano. Si formerebbero infatti tre legami identici (dati dalla sovrapposizione degli orbitali p del carbonio con i tre orbitali s dell’H) e un legame diverso (dato dalla sovrapposizione di due orbitali s).

Per spiegare la struttura tetraedrica del metano è necessario ricorrere all’IBRIDAZIONE.

Essa viene introdotta per spiegare una geometria molecolare diversa da quella che ci si aspetterebbe con l’uso degli orbitali atomici puri.

Gli orbitali sono ibridi quando risultano dalla combinazione di orbitali diversi (es. s e p).

Il carbonio adotta tre configurazioni differenti da quelle dello stato fondamentale in base alle diverse combinazione degli orbitali del secondo livello:

IBRIDIZZAZIONE sp3

ALCANI → C-C

  • 4 legami σ
  • Si formano 4 orbitali ibridi isoenergetici
  • Angoli di 109,5° → struttura tetraedrica

IBRIDIZZAZIONE sp2

ALCHENI → C=C

  • 3 legami σ + 1 legame π
  • Si formano 3 orbitali ibridi isoenergetici
  • I 3 orbitali sp2 formano angoli di 120° su un piano → struttura triangolare planare
  • L’orbitale di tipo p ha i lobi perpendicolari al piano formato dai tre orbitali sp2

IBRIDIZZAZIONE sp

ALCHINI → C≡C

  • 2 legami σ + 2 legame π
  • Si formano 2 orbitali ibridi isoenergetici
  • I 2 orbitali sp si trovano orientati su una linea formando angoli di 180° → struttura lineare
  • I due orbitali di tipo p sono disposti perpendicolarmente tra loro e sono perpendicolari anche agli orbitali sp

Legami

LEGAME σ

orientato lungo l’asse internucleare
s + s s + p p + p

LEGAME π

Gli orbitali si sovrappongono in due lobi, uno per ciascun lato dell’asse internucleare
p + p

ESERCIZIO 1

Quanti e quali legami ha la molecola C3H4?

  1. 8 legami σ
  2. 7 legami σ e 1 legame π
  3. 6 legami σ e 2 legami π
  4. 5 legami σ e 3 legami π
  5. 4 legami σ e 4 legami π
La formula della molecola scritta in forma distesa è la seguente: CH3—C≡CH. Il carbonio 1 è quello sulla destra in quanto si incomincia a numerare dal carbonio più vicino al triplo legame. C1 forma un legame σ con l’H, C3 forma 3 legami σ con i 3 H e un altro legame σ con C2. C1 e C2 hanno un triplo legame che li lega, di questi uno è un legame σ e gli altri due sono π.
Risposta corretta C.

ESERCIZIO 2

Qual è l’ibridazione di tutti i carboni del non-2-ene-4-ino in ordine da C1 a C9?

  1. sp3, sp, sp, sp2, sp2, sp3, sp3, sp3, sp3
  2. sp3, sp3, sp3, sp3, sp, sp, sp2, sp2, sp3
  3. sp2, sp2, sp3, sp, sp, sp3, sp3, sp3, sp3
  4. p3, sp2, sp3, sp, sp3, sp3, sp3, sp3, sp3
  5. sp3, sp2, sp2, sp, sp, sp3, sp3, sp3, sp3
La formula del non-2-ene-4-ino in forma distesa è C—C=C—C≡C—C—C—C—C. Il carbonio 1 è quello sulla sinistra. I carboni che formano solo legami singoli sono ibridati sp3 e sono C1, C6, C7, C8 e C9; i carboni che formano doppi legami sono ibridati sp2 e sono C2 e C3; i carboni che formano tripli legami sono ibridati sp e sono C4 e C5.
Risposta corretta E.
Scritto da |2019-03-13T15:17:43+00:0013 marzo, 2019|Pillole Testbusters|0 Commenti

Autore:

Redazione
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