Leg covalenta

  • Published on
    28-Jun-2015

  • View
    591

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

<p>Legatura covalenta</p> <p> covalen a (G.N.Lewis) - este leg tura chimic format prin punerea de electroni n comun de c tre atomi, atomii avnd pozi ii fixe unii fa de al ii. Prin punerea n comun de electroni se formeaz molecule, atomii realiznd structuri stabile de dublet (H2) sau octet Exemple de formare a leg turii covalente. H2 H + H H:H</p> <p>Leg tura covalent</p> <p>Atomii pot forma leg turi covalente simple sau multiple: leg turi covalente simple H F; HOH; :NH3; CH4 - leg turi covalente multiple ntre atomi de acela i fel (a) sau ntre atomi diferi i (b) (a) (b) :=: :N N: =C=C= O=C=O, O=S=O, HC N. -C C-</p> <p>Leg tura covalent poate fi de trei feluri, dup punere n comun a electronilor: polar , nepolar ; coordinativ</p> <p>modalitatea de</p> <p>Leg tura covalent nepolarse formeaz ntre atomii de aceea i specie sau ntre atomii de specii diferite care au electronegativit i foarte apropiate (ace tia fiind carbonul i hidrogenul); perechea de electroni care formeaz egal m sura ambilor atomi; leg tura covalent apar ine n</p> <p>centrul sarcinilor pozitive coincide cu centrul sarcinilor negative; exemple de molecule nepolare: H2, Cl2, O2, N2. De asemenea, ca exemplu de molecule nepolare mai pot fi date moleculele de CH4, CCl4, formate din atomi diferi i, dar avnd o structur simetric .H</p> <p>C</p> <p>H</p> <p>H</p> <p>H</p> <p>Leg tura covalent polarse formeaz doar ntre atomi ai nemetalelor din specii diferite. Fiecare dintre cei doi atomi pune n comun cte un electron, dar atomul care are electronegativitatea mai mare atrage mai puternic perechea format . - intr-o molecul polar format din atomi diferi i, perechea de electroni care formeaz leg tura covalent nu mai apar ine n egal m sura ambilor atomi, ci este deplasata mai mult spre unul din atomi i anume spre acel atom la care este mai accentuat caracterul electronegativ; - centrul sarcinilor pazitive nu mai coincide cu centrul sarcinilor negative; - exemplu de molecule polare: NH3, H2O, HCl, etc. H H - molecula polara este un dipol care se simbolizeaza: - un dipol este caracterizat prin momentul de dipol (apare fenomenul de polarizare) :</p> <p>H Cl</p> <p>! qvd</p> <p>Q ! 10 29 C m</p> <p>Leg tura coordinativ</p> <p>(donor acceptor) este o leg tur</p> <p>covalent n care perechea de electroni de leg tur provine de la un singur atom donor. Atomul care accept perechea de electroni acceptor. Reac ia poate fi scris : :NH3 + BF3 = H3N BF3</p> <p>S geata indic aici o leg tura donor-acceptor, amoniacul fiind donorul iar atomul de bor (B) care are n BF3 doar 6 electroni de leg tur n jurul s u este acceptorul.</p> <p>Combina iile formate prin leg turi coordinative denumite combina ii complexe sunt formate dintr-un ion central (metal) i liganzi. Liganzii pot fi molecule neutre sau anioni. Num rul de liganzi care nconjoar ionul central poart numele de numar de coordina ie. Exemple de liganzi: [Cu(NH3)4]2+ + 2Cl- - clorur tetraaminocupru(II) [Co(NH3)6]2+ + 2Cl- - clorur hexaaminocobalt(II) Na+ + [Ag(CN)2]- - dicianoargentat de sodiu 4K+ + [Fe(CN)6]4- - ferocianur de potasiu sau hexacianoferat de potasiu. Formarea leg turilor chimice se poate explica prin hibridizare. Hibridizarea are loc n procesul form rii leg turii chimice. Configuratia atomului de carbon este: 1s2 2s2 2p2</p> <p>Tipuri de orbitali hibridiza i sp</p> <p>Structur</p> <p>Geometrie liniar</p> <p>Unghiuri 180o</p> <p>Exemple C2H2, CO, CO2, N2</p> <p>sp2</p> <p>triunghiular</p> <p>120o</p> <p>C2H4, CH2O, COCl2</p> <p>sp3</p> <p>tetraedric</p> <p>109,5o</p> <p>CH4, CCl4, SiF4,</p> <p>dsp3</p> <p>90o , 120o</p> <p>PCl5, Fe(CO)5</p> <p>bipiramid trigonal d2sp3 90o SF6, [Fe(CN)6]3-</p> <p>octaedric</p> <p>Caracteristicile legaturii covalente orientat n spa iu dupa unghiuri bine stabilite; este rigid (atomii ocup pozi ii fixe); stabila, energia care se degaja la formarea legaturii covalente este egala dar de semn contrar cu energiile furnizate pentru ruperea legaturii covalente; este foarte puternic ; au puncte de topire scazute, duritate mica intermoleculare (leg. de hidrogen, leg. dipol dipol; bune izolatoare ( nu exista purtatori de sarcini); datorita legaturilor</p> <p>Substan e covalente, ionice. Corela ie dintre structura i propriet ile acestoraDiamantuln structura diamantului fiecare atom de carbon aflat n starea de hibridizare sp3 este legat prin 4 covalen e de al i 4 atomi de carbon dup o orientare tetraedric (fig. 1). Unghiul dintre dou valen e este de 109o28, iar distan ele interatomice sunt de 1,54 Ao. Prin cele patru valen e ale sale, fiecare atom de carbon este legat covalent de al i patru atomi C, formnd astfel o re ea tridimensional infinit , astfel nct ntreg cristalul constituie de fapt o singur molecul . Atomii de carbon hibridiza i afla i n starea de hibridiare sp3, formeaz leg turi puternice, fapt ce explic propriet ile fizico-chimice deosebite ale diamantului. Celula elementar a diamantului este cubic .</p> <p>Fig. 1 Structura chimic a diamantului</p> <p>Propriet ile diamantului starea de agregare diamantul este un solid transparent, str lucitor care, cnd este pur, este incolor i str veziu. Supus nc lzirii sublimeaz , la temperaturi de aproximativ 4000o C. Lipsa unei faze lichide i c ldura mare de vaporizarede 171,7 kcal/mol, este explicat prin ruperea leg turilor covalente; duritatea - diamantul este cea mai dur substan natural cunoscut , duritatea acestuia fiind de 10 pe scara Mohs, aceasta variind ns n func ie de gradul de puritate a cristalului. Din cauza durit ii ridicate, cristalele de diamant pot fi lefuite numai cu pulbere de diamant i din fulerit . Duritatea diamantului este explicat prin energiile de leg tur CC foarte mari;</p> <p> densitatea diamantului este 3,51g/cm3;</p> <p> propriet ile optice ale diamantului sunt de asemenea n concordan cu structura sa cristalin . Transparen a total (lipsa de absorb ie) fa de lumina vizibil ultraviolet pn la 1500 A sau mai jos dovede te c electronii leg turilor C-C din diamant nu pot fi excita i de frecven ele acestor radia ii electromagnetice. Indicele de refrac ie, neobi nuit de mare (n= 2,407 pentru lumina ro ie i 2,465 cea violet ) d na tere jocului de lumin specific al acestei pietre pre ioase;</p> <p>i electricitate, datorit faptului c to i electronii de valen sunt localiza i n cadrul leg turii covalente, ei neputndu - se mi ca liber; reactivitate chimic a diamantului este foarte sc zut , practic fiind este o substan inert . Diamantul este mult mai pu in reactiv dect c rbunele negru i chiar dect grafitul. El nu se aprinde, n oxigen molecular, dect pe la 800o C; Din punct de vedere al solubilit ii, diamantul este insolubil n to i solven ii;</p> <p> propriet i electrice- diamantul este un r u conduc tor de c ldur</p> <p>poliformismul diamant - grafit. n condi ii standard, diamantul este</p> <p>forma alotropic nestabil , iar grafitul cea stabil . Prin nc lzire ndelungat la 1500o, n absen a oxigenului, diamantul se transform n grafit.</p> <p>Aplica iile industriale ale diamantului sunt: n industria bijuteriilor; n industria instrumentelor de t iat sau g urit fiind un material abraziv; n medicin (chirurgie); n industria electronic prin aplicarea de straturi pe electrozi; n tehnologia semiconductorilor; n chimie. GRAFITUL Celula elementar a grafitului este de tip hexagonal. n structura grafitului atomii de carbon se g sesc n starea de hibridizare sp2, formnd o re ea bidimensional . Fiecare atom de carbon formeaz trei leg turi W cu cei trei atomi de carbon vecini formnd ungiuri de 120o i dnd na tere unor re ele hexagonale orientate n aceeala i plan. Al treilea orbital 2p al fiec rui atom de carbon dintr-un plan r mne nehibridizat i con ine un electron neparticipant, ace ti orbitali p se nterp trund formnd un orbital molecular extins, n care to i electronii orbitalilor nehibridiza i ai atomilor de carbon dintr-un plan sunt comuni, mobili, apar innd tuturor atomilor din plan.</p> <p>Astfel, cristalul de grafit este format din straturi plane de atomi de carbon, care sunt aranja i n hexagoane sub form de faguri i lega i ntre ei prin leg turi slabe, de tip van der Waals.</p> <p>Fig. 2. Structura chimic a grafitului</p> <p>Propriet ile grafitului stare de agregare grafitul este un solid de culoare neagr , care sublimeaz la o temperatur de 3825C, energia necesar ruperii leg turilor de C fiind foarte mare; duritate mic 1 pe scara Mohs, sub ac iunea unor for e mecanice straturile hexagonale putnd fi presate u or.</p> <p>stratificate;</p> <p> densitatea grafitului este mic</p> <p>de 2,26 g/cm3, datorit</p> <p>structurii</p> <p> propriet ile electrice ale grafitului pot fi explicate pe baza</p> <p>anizotropie (varia ia propriet ilor n func ie de direc ie). Astfel, n plan paralel cu atomii, grafitul se comport ca un conductor metalic, n timp ce perpendicular pe planuri, grafitul secomport ca un semiconductor. sunt influen ate de anizotropie, astfel conductibilitatea termic este de 200 ori mai mare n planurile paralele, dect n plan perpendicular.</p> <p> propriet ile</p> <p>termica</p> <p> propriet i magnetice grafitul dup o tratare pirolitic (nc lzire);</p> <p>devine magnetic bipolar numai</p> <p> propriet ile lubrifiante ale grafitului po fi explicate datorit clivajului u or al cristalelor, straturile de atomi pot aluneca unul n raport cu altul; propriet i optice, grafitul prezint un indice de refrac ie n = 1,932,07 (ro u). Grafitul absoarbe lumina datorit electronilor delocaliza i (culoare neagr );insolubil n acizi, ap sau al i solven i nepolari;</p> <p> reactivitate chimic grafitul este mai reactiv dect diamantul. Este</p> <p>Sintetic grafitul se ob ine prin coxificarea (nc lzirea sub un curent de aer la 3000 C) a materialelor bogate n carbon, cum sunt c rbunele brun, antracitul, petrolul).</p> <p>Fulerena Fullerene reprezint cea de-a treia form alotropic a carbonului; a fost descoperita n anul 1985 n timpul unor experimente de spectroscopie laser de la Rice University de c tre profesori Robert F. Curl Jr., Richard E. Smalley i Sir Harold Kroto W. n anul 1996 pentru aceast descoperire cercet torii au primit Premiul Nobel pentru chimie. Fulerenele sferice arat ca o minge de fotbal, n timp fullerene cilindrice sunt cunoscute sub denumirea de nanotuburi de carbon, acestea fiind descoperite dup 1991 de c tre japonezul Sumio Iijima, specialist n microscopie electronic (fig. 3).</p> <p>Fulerena C60</p> <p>Nanotuburi de carbon Fig. 3 Structura chimic a fulerenelor</p> <p>Fig 4. Structura chimic a grafitului i a fulerenei</p> <p>Fulerena are forma unei mingi de fotbal (fig. 4), n care atomii de carbon formeaz un icosaedru regulat, cu vrfurile t iate. Atomi de carbon care formeaz fulerena se g sesc n starea de hibridizare sp2. Din punct de vedere al leg turilor chimice dintre atomii de carbon constituei, fulerenele sunt nrudite structural cu grafitul.</p> <p>Propriet ile fulerenelor:neagr , fotosensibil care i schimb culoarea sub ac iunea radia iilor UV medii. Prin ncalzire la cteva sute de grade sublimeaz , iar prin r cire avansat (la temperaturi mai mici dect 183oC), moleculele C60 se organizeaz ntr-un solid cristalin cu re ea cubic care se dizolv n toluen formnd o solu ie de culoare roz. Sub ac iunea radia iilor laser polimerizeaz , polimerul nemaifiind solubil n toluen. - n forma cristalin , fulerena C60 este un izolator electric i termic, asem n tor diamantului.</p> <p> starea de agregare - la temperatura ambiant C60 este o pulbere</p> <p> propriet i electrice</p> <p>de a accepta electroni de la metale electropozitive (alcaline, alcalino pamntoase sau chiar lanthanide), conservnd intacte, n urma acestor reac ii, nu doar moleculele de fulerene, ci, n unele cazuri, chiar microcristale. Atomii de carbon din structura fulerenei formeaz o structur poroas , cu cavitati delimitate de atomi vecini. Metalele pot fi lega i n exteriorul moleculei, fiind astfel plasat, n ansamblul compusului, ntre moleculele de fulerena sau, dimpotriv , poate fi ngloba i n interiorul cmpului molecular. duritate mic .</p> <p>propriet i chimice - fulerenele sunt specii reactive, avnd tendin a</p> <p>Cei mai cunoscu i compu i metalici ai fulerenei sunt cunoscu i sub denumirea de A3C60, n care unei molecule C60 i corespund trei atomi metalici (n special potasiu sau rubidiu). Ace ti compu i sunt supraconductori la temperaturi cuprinse n intervalul 19 - 40K . Fulerena este solubile n benzin , toluen, etc.</p> <p>Posibile aplica ii ale fulerenelor: n industria electronic (supraconductori de tipul A3C60);</p> <p> n fotolitografie, la ob inerea unor lacuri fotosensibile (datorit proprit ilor lor de a schimba culoarea la iradiere); n industria nanotuburilor; chimic la ranforsarea polimerilor cu ajutorul</p> <p> n industria energetic (pentru furnizarea sau stocarea energie, n pile solare i baterii, sau chiar drept combustibil de racheta); n medicin : imagistica, drug delivery. Cercet rile n domeniul medical au dovedit c moleculele de fulerena au capacitatea, n anumite condi ii, de a bloca virusul HIV.</p> <p>Dioxidul de siliciu (SiO2)- se g se te n natur sub trei forme cristaline: cuar ul (sistem hexagonal), cristobalita (sistem cubic) i tridinitul (sistem cubic) (fig 5). Aceast proprietate a SiO2 de a se g si sub mai multe forme cristaline se nume te polimorfism.</p> <p>a) cuar</p> <p>b) tridinit</p> <p>c) cristobalit Fig. 5. Structura chimic a SiO2: (a) cuar , (b)tridinit; (c) cristobalit</p> <p>Cea mai r spndit form a SiO2 este cuar ul acesta fiind constituentul cristalin al unor roci, de exmplu granitul. Re eaua cristalin a cuar ului este o re ea atomic n care fiecare atom de siliciu se leag covalent cu patru atomi de oxigen dispu i tetraedric, iar fiecare atom de oxigen se leag de cei doi atomi de oxigen vecini. ntreaga rea ea este format din tetraedre SiO4 cu fiecare atom de oxigen reprezentnd un col comun a dou astfel de tetraedre, de aceea cuar ul are o form elicoidal .</p> <p>Propriet ile cuar ului sunt corelate cu structura lui cristalin :cuarul este incolor, impurit ile din cristal determin culoarea mineralului. Clivajul este inexistent n sp rtur avnd o culoare sidefie;</p> <p> culoare - n stare pur</p> <p>duritatea cuar ului are valoarea 7 pe scara Mohs; densitate mic de 2,65 g/cm3 datorit structurii afnate; temperatura de topireridicat cuprins ntre 1600o 1670o C, din cauza transform rilor polimorfe prezente n diferite propor ii;</p> <p> reactivitate chimic redus , fiind atacat la temperatura camerii de HF. Proprietatea cuar ului de a nu reac ona cu acizii, cu excep ia HF, a dus la folosirea lui la fabricarea vaselor pentru reactivi.</p> <p> propriet i optice cuar ul este o substan</p> <p>optic activ : dup comportarea lui n lumina liniar polarizat , poate fi dextrogir, care rote te lumina spre dreapta, sau levogir, care rote te lumina spre stnga. Cuar ul fiind transparent la radia iile ultraviolete, se folose te pentru construirea lentilelor, cuvelor utilizate n spectroscopie.</p> <p>cuar ul manifest fenomenul de piezoelectricitate, care const n polarizarea electric a unor substan e cristaline n urma unor deform ri mecanice (efectul piezoelectric direct) sau modificarea dimensiunilor ntr-un cmp electric variabil (efect piezoelectric invers). Pe baza efectului piezoelectric invers, cristalele de cuar se utilizeaz ca generatoare piezoelectrice, care sunt traductori ai energiei electrice n energie ultraacustic . Efect...</p>