Corsi di Laurea

[mars993]

Salve a tutti, qualcuno sarebbe così gentile da spiegarmi come sapere la valenza di un atomo e a cosa serve l'espansione dell'ottetto?
Grazie in anticipo!

[sevenbert]

La valenza di un atomo è la capacità di un atomo di cedere/acquistare/condividere i suoi elettroni di valenza

In pratica il concetto di valenza è equivalente a quello di numero di ossidazione: cioè, la carica che avrebbe un atomo in una molecola se tutti gli elettroni di legame appartenessero all'elemento più elettronegativo
Applica le apposite regole per trovare il numero di ossidazione.


La configurazione dell'ottetto è quella condizione che tendono a raggiungere tutti gli atomi mediante cessione/acquisto/condivisione di elettroni: ossia, 8 elettroni nel livello energetico più esterno. Perché? perché è la più stabile di tutte.
Ora, questa regola non è sempre rispettata: alcuni atomi raggiungono una configurazione con meno o più di 8 elettroni. Quando superano gli 8 elettroni, avviene il fenomeno dell'espansione dell'ottetto.
Ti faccio due esempi: PCl5 (pentacloruro di fosforo) e SF6 (Esafloruro di zolfo)

1. il fosforo P (gruppo V) ha 5 elettroni di valenza, il cloro Cl (gruppo VII) ha 7 elettroni di valenza: ora, il P crea un legame covalente con ognuno dei 5 atomi di Cl, in modo che ciascuno degli atomi di Cl raggiunge la configurazione a ottetto. Il fosforo invece, con 5 legami, raggiunge una configurazione con 10 elettroni di valenza! ovviamente non è una condizione più stabile dell'ottetto, ma è il prezzo da pagare per ottenere la stabilità degli altri 5 atomi, quelli di cloro.

2. lo zolfo S (gruppo VI) ha 6 elettroni di valenza, il fluoro F (gruppo VII) ha 7 elettroni di valenza. Qui si hanno 6 legami covalenti S-F: i 6 atomi di F raggiungono l'ottetto, l'atomo di S avrà 12 elettroni di valenza! ancora una volta l'ottetto di un atomo è espanso, a favore di una maggior stabilità degli altri 6 atomi, e quindi dell'intera molecola


Ciao!!

[mars993]

Non ho capito una cosa, come faccio a sapere la valenza di un atomo? Inoltre affinché avvenga l'espansione dell'ottetto c'è bisogno di energia, da dove deriva questa energia?

[sevenbert]

La valenza corrisponde al numero di ossidazione.
Attento alla definizione di numero di ossidazione: è la carica ideale che avrebbe ciascun atomo se gli elettroni di legame appartenessero all'elemento più elettronegativo.

Ti faccio l'esempio dell'acqua H2O, in cui si formano due legami covalenti O-H. In ciascuno dei due legami, H mette in comune il proprio elettrone e lo stesso fa O con uno dei suoi 6 elettroni di valenza
Dunque, nella realtà idrogeno e ossigeno gli elettroni li condividono in un orbitale comune, formando un legame covalente. Nei calcoli, quegli elettroni condivisi li devi assegnare solo all'elemento più elettronegativo (vedi la tabella dei valori dell'elettronegatività), in questo caso l'ossigeno.
Quindi l'ossigeno si "prende" un elettrone da ciascuno dei 2 atomi di idrogeno, per cui avrà (Z=6) 6 protoni e 8 elettroni quindi carica "ideale" -2. Ciascuno dei due atomi di idrogeno si "fa prendere" 1 elettrone, quindi avrà (Z=1) 1 protone e 0 elettroni, per cui carica ideale +1


Sull'espansione dell'ottetto non ho ben capito cosa intendi. Provo a risponderti: non è un processo "forzato" in cui "costringi", attraverso una dose di energia, l'atomo a formare più di 4 legami e quindi avere più di 8 elettroni di valenza. E' un processo naturale, giustificato dal fatto che gli altri atomi, grazie al "sacrificio" dell'atomo con l'ottetto espanso, riescono a raggiungere l'ottetto e quindi maggior stabilità.
Cioè, prendi l'esempio del PCl5: se P si legasse agli atomi di Cl solo per raggiungere l'ottetto, formerebbe solo 3 legami con 3 atomi di Cl (quindi 3*2 = 6 elettroni) e avrebbe una coppia di elettroni isolata (quindi altri 2 elettroni), che cioè non si legano con gli altri 2 atomi di Cl. Ora, a raggiungere l'ottetto in questo molecola sono: l'atomo di P e tre atomi di Cl, mentre 2 atomi di Cl restano con 7 elettroni di valenza (non 8).
Ovviamente, questa molecola è più instabile di quella reale, perché 2 atomi, anziché 1, non raggiungono l'ottetto. E meno atomi raggiungono l'ottetto, minore è la stabilità, maggiore è l'energia utile a tenere compatta la molecola.

[mars993]

Cerco di spiegarmi, per l'atomo di carbonio la valenza è 2, ma esso può avere valenza pari a 4: come fa ad arrivare a 4? e soprattutto in che modo posso trovare la valenza di un atomo?

[sevenbert]

Dipende dalla molecola in cui si trova, cioè, in particolare, dai legami che forma con gli altri atomi e dalla differenza di elettronegatività che ha con questi (ricorda la definizione di numero di ossidazione).
Per trovare il numero di ossidazione (= valenza), devi:
(1) prima disegnare la formula di struttura con tutti i legami
(2) segnarti quanti elettroni sono condivisi nei legami
(3) "assegnare" gli elettroni di legame all'elemento più elettronegativo, e quindi toglierli da quello meno elettronegativo (vedi tabella http://it.wikipedia....ettronegatività)
(4) calcolarti il numero di ossidazione: n.ox.= N protoni - N elettroni

(Nota: i valori di n.ox. che trovi dalle "regole" e dalle tabelle sono validi per la maggior parte delle molecole più comuni, ma non costituiscono affatto una regola generale)

Quindi lo stesso atomo può essere più elettronegativo di un altro in una molecola, e meno elettronegativo di un altro in un'altra molecola, oppure addirittura, all'interno della stessa molecola, più e.n. di un atomo e meno e.n. di un altro con cui forma i legami

Ti metto tre esempi a confronto: CH2, CH4, CO2

CH2: si formano due legami C-H, dunque:
(1) disegna la formula di struttura: H-C-H.
(2) i legami sono monovalenti, dunque 2 e- di valenza per ciascun legame.
(3) dalla tabella dell'elettronegatività, si ha che C=2.55 mentre H=2.20, dunque C è più elettronegativo. Ci sono 4 elettroni in condivisione: assegna i 4 elettroni dei 2 legami a C, togliendo 2 elettroni di ciascun legame ai due H.
(4) calcolati il num. ox.: per il carbonio: Nprotoni=6, Nelettroni=4 (non condivisi) + 4 (di legame, di cui 2 già suoi, 2 dell'idrogeno) = 8, dunque n.ox= 6-8= -2; per ciascun idrogeno: Nprotoni=1, Nelettroni = 0 (non condivisi) + 0 (condivisi, ma passati al carbonio) = 0, dunque n.ox = 1-0 = +1

CH4: si formano quattro legami C-H, dunque:
...blablabla...
(4) stavolta il carbonio ha 2 elettroni non condivisi e 8 di legame (di cui 4 suoi, 4 dell'idrogeno), quindi 10 elettroni, quindi n.ox = 6-10= -4; per ciascun idrogeno, N protoni = 1, N elettroni = 0 elettroni non condivisi + 0 di legame (passati al carbonio), quindi 0 elettroni, quindi n.ox = 1-0 = +1

CO2: si formano due doppi legami C=O, dunque:
(1) disegna la formula di struttura: O=C=O
(2) i legami sono bivalenti, dunque 4 e- di valenza per ciascun legame.
(3) dalla tabella dell'elettronegatività, si ha che C=2.55 mentre O=3.44, dunque O è più elettronegativo di C. Ci sono 8 elettroni in condivisione: stavolta, assegna gli 8 elettroni all'ossigeno, cioè 4 a testa, togliendo gli 8 elettroni al carbonio.
(4) calcolati il num. ox.: per il carbonio: Nprotoni=6, Nelettroni=2 (non condivisi) + 0 (di legame, i suoi 4 condivisi sono passati all'ossigeno) = 2, dunque n.ox= 6-2= +4; per ciascun ossigeno: Nprotoni=8, Nelettroni = 6 (non condivisi) + 4 (di cui 2 suoi condivisi, 2 presi dal carbonio) = 10, dunque n.ox = 8-10 = -2


Come vedi, il carbonio ha potuto assumere 3 numeri di ossidazione diversi: -2, -4 e +4

Spero di averti chiarito ogni dubbio

[Ferrenp]

La valenza e il numero di ossidazione non sono la stessa cosa.
Il numero di ossidazione è, all'interno di una molecola, il numero di elettroni che ogni atomo guadagna o cede se noi assegniamo tutti gli elettroni di legame al più elettronegativo.
Esempio: Guarda la formula di Lewis dell' acqua (H20) nel link qui giù

Spoiler

http://venus.unive.i...ni/polarit1.jpg

Puoi ben vedere che, sapendo che l'ossigeno è il più elettronegativo, assegnando tutti gli elettroni di legame all'ossigeno, esso avrà due cariche negative in più rispetto a prima (quindi -2), mentre ogni idrogeno, si troverà con un elettrone in meno (+1).
Gli elementi si comportano abbastanza periodicamente, tipo gli alogeni hanno quasi sempre n° ox: -1, gli alcalini +1, l'ossigeno -2 (tranne rare eccezioni). Per questo è possibile stabilire alcune regole per ricordarli (sicuramente avrai visto la tabella di assegnazione).

La valenza invece non riguarda l'atomo in una molecola, ma l'atomo in se e per sè (in quanto rimanda agli elettroni degli orbitali più esterni, ossia gli elettroni di valenza). Essa corrisponde al numero di legami che l'elemento può fare con altri elementi e ogni legame va contato con la sua molteplicità (tipo il legame doppio contribuisce per 2 alla valenza) (+ il numero di elettroni di non legame negli elementi dal terzo periodo in giù). Guardiamo alcune strutture di Lewis:

Spoiler

http://venus.unive.i...ini/lewis21.jpg

Il carbonio può formare 4 legami-> Valenza 4
L'azoto può formare 3 legami-> Valenza 3
Così via, fino al neon che non può formare legami->Valenza 0
Per gli elementi del secondo periodo in genere (con le dovute eccezioni) essa corrisponde al modulo del numero di ossidazione come diceva sevenbert.
Per gli elementi dal terzo gruppo in poi, siccome ci sono anche gli orbitali d a contribuire, si assiste spesso ad un ipervalenza degli atomi, cioè ad una espansione dell'ottetto. Praticamente, mentre un ottetto presuppone massimo 4 legami per un totale di 8 elettroni, un elemento ipervalente può formare 5,6,7 legami per un totale di 10,12,14 elettroni. Le formule di Lewis degli elementi in questo caso non hanno un ottetto attorno ad essa, ma 10,12,14 elettroni. In questi casi ti accorgi della valenza semplicemente guardando al numero del gruppo (ad esempio Cl, che è nel gruppo VII, ha valenza 7).
Le valenze più importanti che devi ricordare sono:

Spoiler

P=5, P può formare 5 legami (PCl5), dunque, oppure 3 legami e un doppietto singolo (PF3), oppure 3 e due doppietti singoli, etc
S=6, S può formare 6 legami (SF6), dunque, oppure 4 legami e un doppietto singolo (SF4), oppure 4 e due doppietti singoli, etc
Cl=7, Cl può formare 7 legami etc
Xe=8

Guardando ancora all'esempio di sevenbert ti accorgi che mentre il numero di ossidazione può cambiare ( -2,-4,+4) la valenza per il carbonio è sempre 4.

Una definizione di valenza, che però implica la conoscenza della teoria VSEPR (e quindi è meno generale) è questa:
La valenza di un elemento è il numero sterico dell'elemento quando tutti gli elettroni sono utilizzati per fare legami.