Completamento dell'ottetto
Nella definizione del legame covalente c'è scritto:
"In chimica, un legame covalente è un legame chimico in cui due atomi mettono in comune delle coppie di elettroni.
Ciò avviene perché gli atomi tendono al minor dispendio energetico possibile ottenibile con la stabilità della loro configurazione elettronica (ad esempio l'ottetto). Gli orbitali atomici contenenti gli elettroni spaiati si sovrappongono in orbitali molecolari, dando luogo ad una molecola."
Il termine dispendio lascia intendere che l'atomo consuma energia mettendo in moto gli elettroni attorno al nucleo però qual'è la spiegazione fisica o fisico-concettuale per cui un orbitale molecolare faccia spendere meno energia all'atomo nel tenere in moto gli elettroni?
ciao e grazie
"In chimica, un legame covalente è un legame chimico in cui due atomi mettono in comune delle coppie di elettroni.
Ciò avviene perché gli atomi tendono al minor dispendio energetico possibile ottenibile con la stabilità della loro configurazione elettronica (ad esempio l'ottetto). Gli orbitali atomici contenenti gli elettroni spaiati si sovrappongono in orbitali molecolari, dando luogo ad una molecola."
Il termine dispendio lascia intendere che l'atomo consuma energia mettendo in moto gli elettroni attorno al nucleo però qual'è la spiegazione fisica o fisico-concettuale per cui un orbitale molecolare faccia spendere meno energia all'atomo nel tenere in moto gli elettroni?
ciao e grazie
Risposte
Allora secondo la meccanica quantistica gli orbitali sono le "funzioni d'onda" degli elettroni, la funzione d'onda è in un certo senso la probabilità che un elettrone occupi un determinato punto dello spazio con una determinata velocità. A seconda delle forze agenti sull'elettrone (dovute al nucleo e agli altri elettroni) ci saranno delle zone e delle velocità più probabili di altre, se rappresentiamo le funzioni d'onda in funzione delle sole coordinate spaziali ( non delle coordinate delle velocità) esse formano delle figure solide che sono i nostri cari orbitali. Poiché nella meccanica quantistica si suppone che l'energia sia quantizzata allora non tutte le energie sono possibili, e quindi ci sono un elenco di energie possibili; come si può intuire la probabilità che un elettrone occupi una certa posizione nello spazio delle fasi ( cioè che occupi una certa posizione spaziale con una certa velocità) corrisponde ad una certa energia, perché vi è l'energia cinetica dell'elettrone e l'energia potenziale dovuta al nucleo (e nel caso degli altri elettroni). Gli orbitali sono le "zone" ad energia costante, nel senso che ad ogni energia possibile per l'elettrone $E_n$ corrisponde una funzione d'onda $\Phi_n$ questo significa che tutti gli elettroni che si trovano in quella zona dello spazio delle fasi hanno quella data energia.
Quindi a seconda dell'orbitale che occupano gli elettroni avranno energie diverse, e questo è capibile anche con la semplice elettrostatica, se un orbitale è più lontano dal nucleo di un altro, all'atomo servirà più energia per tenere l'elettrone a "quella distanza" perché banalmente gli elettroni hanno segno meno e i protoni hanno segno più.
Detto questo, la cosa che deve esser chiara è che l'atomo NON mette in moto un tubo di niente, tutto era già in moto dagli albori dell'universo, e guai a fermare gli elettroni! Il dispendio energetico al massimo è per tenere gli elettroni lontano poiché essi tendono naturalmente a cadere sul nucleo (cosa che non succede perché cadere sul nucleo costa più energia che starci vicino).
Spero di aver fatto un po' di luce, se avessi altri dubbi non esitare.
Quindi a seconda dell'orbitale che occupano gli elettroni avranno energie diverse, e questo è capibile anche con la semplice elettrostatica, se un orbitale è più lontano dal nucleo di un altro, all'atomo servirà più energia per tenere l'elettrone a "quella distanza" perché banalmente gli elettroni hanno segno meno e i protoni hanno segno più.
Detto questo, la cosa che deve esser chiara è che l'atomo NON mette in moto un tubo di niente, tutto era già in moto dagli albori dell'universo, e guai a fermare gli elettroni! Il dispendio energetico al massimo è per tenere gli elettroni lontano poiché essi tendono naturalmente a cadere sul nucleo (cosa che non succede perché cadere sul nucleo costa più energia che starci vicino).
Spero di aver fatto un po' di luce, se avessi altri dubbi non esitare.
Ti ringrazio per la risposta, ora mi è un pochetto più chiara la faccenda ma non completamente. In pratica l'elettrone non cade sul nucleo pur essendone attratto perché l'energia cinetica che possiede e che conserva dagli arbori dell'universo non glielo permette, un po' come avviene per il nostro pianeta che ruota attorno al sole. La terra è attratta dal sole ma non ci cade sopra perché il vettore velocità tende a farla allontanare, il risultato è “una specie di orbitale ellittico”. In pratica il protone spende energia per attrarre a se l’elettrone e più l’elettrone è distante più il protone fatica a far cambiare traiettoria all’elettrone e maggiore è il lavoro che deve fare. Fin qui tutto chiaro ma perché l’elettrone si comporta in questo modo? Perché l’elettrone non decide invece di spendere più energia e tenere l’elettrone nella posizione originaria?
No no no, non ci siamo nemmeno vicini.
Allora, per la meccanica classica l'elettrone cade sul nucleo punto. fine dell'universo.
Il discorso è proprio che non puoi pensare al sistema elettrone nucleo come un sistema pianeta sole.
Per rendere conto di questo e altri fenomeni inspiegabili con la meccanica classica, nasce la meccanica quantistica, che in soldoni dice guarda l'equazione di Newton non funziona sempre, per questo ti butto li un altra equazione che è quella di Schrodinger che descrive la dinamica dei corpi infinitamente piccoli.
La spiegazione che fornisce questa nuova equazione è che l'energia potenziale(cioè l'attrazione) che possiede un elettrone rispetto a un nucleo positivo, è un'energia con una forma particolare in funzione della distanza dal nucleo, una cosa fatta cosi:
Cioè l'energia è una funzione della distanza dal nucleo, e questa funzione si ricava dallo studio del sistema elettrone protone con la meccanica quantistica, cioè risolvendo l'equazione di Scrhodinger(che è la stessa da cui saltano fuori gli orbitali).
La forma di questa funzione cosa ci dice? Prima di tutto ci dice che l'energia potenziale dell'elettrone tende a zero allontanandosi dal nucleo, e fin qui tutto torna, perché più allontano due cariche meno queste si attraggono.
Dal grafico si nota che l'energia ha un minimo, cioè c'è un valore di "raggio atomico" per cui l'elettrone si trova ad avere energia minima (o meglio il sistema si trova con energia minima), e la natura PER PRINCIPIO fa sempre la scelta più economica in fatto di energia, quindi all'elettrone piace stare a quella distanza li.
Inoltre non cade sul nucleo perché da un certa distanza in poi man mano che mi avvicino al nucleo l'energia necessaria cresce fino a tendere all'infinito e poiché non sarà possibile fornire un energia infinita all'atomo, l'elettrone non cadrà sul nucleo.
Chiarito questo, per rispondere alla tua domanda; semplicemente non può, la natura se ha spende se non ha non spende.
Ogni orbitale è caratterizzato in un certo senso da una curva del genere, semplicemente quel minimo di energia aumenta allontanandosi dal nucleo, cioè più l'orbitale è lontano dal nucleo più il minimo in quella curva è spostato a destra e in alto.
Adesso una volta che un elettrone è dentro un orbitale e tutti gli orbitali più vicini al nucleo rispetto al suo sono occupati da due elettroni, l'elettrone se ne sta li; perché possiede giusto giusto l'energia per stare li, non ne possiede di più quindi non può spendere dell'energia che non ha.
Certo è che nel momento in cui io fornisco energia(scaldandolo ad esempio) ad un atomo e quindi ai suoi elettroni essi appena hanno l'energia necessaria per allontanarsi ed uscire dal loro orbitale lo fanno eccome!! Infatti se leggi sulla tavola periodica c'è un numerico che si chiama "energia di prima ionizzazione" che è l'energia che devo fornire ad un atomo per strappare un elettrone...
In un certo senso un atomo funziona come un grattacielo condominiale infinitamente altro, dove in ogni piano c'è un solo appartamento per due persone, e ad ogni piano ogni condomino ha un affitto da pagare che cresce in funzione del piano a cui abiti. Gli elettroni esattamente come le persone se hanno pochi soldi stanno al piano terra e non appena hanno più soldi si trasferisco all'appartamento al piano superiore. Inoltre per continuare l'analogia, se il condominio guadagna dei soldi i primi che ne beneficiano sono gli elettroni già ricchi ed abitanti all'ultimo piano occupato del condominio e li usano per andare al piano superiore o per trasferirsi in un nuovo condominio, solo una volta che entrambi i condomini avranno liberato il loro appartamento allora i condomini del piano di sotto se c'è abbastanza grano anche per loro potranno salire di piano o andarsene per sempre, e così via fino al piano terra. Se i soldi sono troppi il condominio esplode.
Allora, per la meccanica classica l'elettrone cade sul nucleo punto. fine dell'universo.
Il discorso è proprio che non puoi pensare al sistema elettrone nucleo come un sistema pianeta sole.
Per rendere conto di questo e altri fenomeni inspiegabili con la meccanica classica, nasce la meccanica quantistica, che in soldoni dice guarda l'equazione di Newton non funziona sempre, per questo ti butto li un altra equazione che è quella di Schrodinger che descrive la dinamica dei corpi infinitamente piccoli.
La spiegazione che fornisce questa nuova equazione è che l'energia potenziale(cioè l'attrazione) che possiede un elettrone rispetto a un nucleo positivo, è un'energia con una forma particolare in funzione della distanza dal nucleo, una cosa fatta cosi:
Cioè l'energia è una funzione della distanza dal nucleo, e questa funzione si ricava dallo studio del sistema elettrone protone con la meccanica quantistica, cioè risolvendo l'equazione di Scrhodinger(che è la stessa da cui saltano fuori gli orbitali).
La forma di questa funzione cosa ci dice? Prima di tutto ci dice che l'energia potenziale dell'elettrone tende a zero allontanandosi dal nucleo, e fin qui tutto torna, perché più allontano due cariche meno queste si attraggono.
Dal grafico si nota che l'energia ha un minimo, cioè c'è un valore di "raggio atomico" per cui l'elettrone si trova ad avere energia minima (o meglio il sistema si trova con energia minima), e la natura PER PRINCIPIO fa sempre la scelta più economica in fatto di energia, quindi all'elettrone piace stare a quella distanza li.
Inoltre non cade sul nucleo perché da un certa distanza in poi man mano che mi avvicino al nucleo l'energia necessaria cresce fino a tendere all'infinito e poiché non sarà possibile fornire un energia infinita all'atomo, l'elettrone non cadrà sul nucleo.
Chiarito questo, per rispondere alla tua domanda; semplicemente non può, la natura se ha spende se non ha non spende.
Ogni orbitale è caratterizzato in un certo senso da una curva del genere, semplicemente quel minimo di energia aumenta allontanandosi dal nucleo, cioè più l'orbitale è lontano dal nucleo più il minimo in quella curva è spostato a destra e in alto.
Adesso una volta che un elettrone è dentro un orbitale e tutti gli orbitali più vicini al nucleo rispetto al suo sono occupati da due elettroni, l'elettrone se ne sta li; perché possiede giusto giusto l'energia per stare li, non ne possiede di più quindi non può spendere dell'energia che non ha.
Certo è che nel momento in cui io fornisco energia(scaldandolo ad esempio) ad un atomo e quindi ai suoi elettroni essi appena hanno l'energia necessaria per allontanarsi ed uscire dal loro orbitale lo fanno eccome!! Infatti se leggi sulla tavola periodica c'è un numerico che si chiama "energia di prima ionizzazione" che è l'energia che devo fornire ad un atomo per strappare un elettrone...
In un certo senso un atomo funziona come un grattacielo condominiale infinitamente altro, dove in ogni piano c'è un solo appartamento per due persone, e ad ogni piano ogni condomino ha un affitto da pagare che cresce in funzione del piano a cui abiti. Gli elettroni esattamente come le persone se hanno pochi soldi stanno al piano terra e non appena hanno più soldi si trasferisco all'appartamento al piano superiore. Inoltre per continuare l'analogia, se il condominio guadagna dei soldi i primi che ne beneficiano sono gli elettroni già ricchi ed abitanti all'ultimo piano occupato del condominio e li usano per andare al piano superiore o per trasferirsi in un nuovo condominio, solo una volta che entrambi i condomini avranno liberato il loro appartamento allora i condomini del piano di sotto se c'è abbastanza grano anche per loro potranno salire di piano o andarsene per sempre, e così via fino al piano terra. Se i soldi sono troppi il condominio esplode.
Ora ho finalmente compreso tutto, mille grazie. Spiegazione impeccabile!
brovo! anzi no... mi correggo... bravissimo!
brovo! anzi no... mi correggo... bravissimo!
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