bentornati in questa nuova lezione di chimica in cui andremo a vedere che cosa sono gli elettroni di valenza che cos'è lo tetto e che cosa sono le strutture di lewis come in tutte le lezioni ovviamente consiglio sempre prima di guardare questa lezione di andare a prendere le lezioni precedenti soprattutto quella riguardante la tavola periodica. Detto questo, iniziamo andando a vedere alcune definizioni, tra le quali quella di valenza. La valenza di un atomo corrisponde al numero di legami che questo atomo è in grado di formare. Il termine venne coniato dal chimico Franklin per esprimere il potere di un atomo, quindi valenza uguale potere di un atomo, di combinarsi con altri atomi. Ecco quindi dopo aver visto alcune caratteristiche della tavola periodica andiamo a vedere come in effetti gli atomi possono interagire con altri atomi.
Infatti intorno al nucleo di ogni atomo gli elettroni si dispongono su orbite, denominate anche livelli energetici, questo dalla configurazione elettronica. Queste orbite possono essere al massimo 7, proprio come il numero dei periodi della tavola periodica. Se noi ci ricordiamo, i periodi della tavola periodica sono al massimo 7, ecco ogni atomo presente su ogni periodo ha un determinato numero di orbite. Se l'atomo si trova sul primo periodo avrà un'orbita sola, cioè un solo livello energetico, se si trova sul secondo periodo avrà due orbite, cioè i suoi elettroni si distribuiranno su due livelli energetici, su due orbite. Per questo in slide ho scritto, infatti ad ogni elemento presente in un determinato periodo, corrisponde un ugual numero di orbite elettroniche su cui si dispongono i suoi elettroni.
Sulla prima orbita ogni atomo può posizionare al massimo due elettroni, mentre le restanti orbite, se presenti ovviamente, possono accoglierne fino a otto. Ovviamente questi numeri non sono presi a caso, ma derivano dallo studio della configurazione elettronica. Quindi ripeto, se un atomo ha un'orbita sola sulla prima orbita può sistemare due elettroni, si ha più di un'orbita, quindi 2, 3, 4, 5, fino a 7, quell'atomo può sistemare sulla prima orbita due elettroni e poi posizionerà gli altri sulle orbite sovrastanti, andando a completare ogni orbita con otto elettroni.
Andiamo quindi a vedere l'ultima orbita, che per ogni atomo, per ogni elemento anzi, più giusto dire, sarà diversa perché l'idrogeno avrà un'orbita e quindi la sua orbita ultima sarà proprio quella Invece ad esempio il sodio ne avrà tre e quindi la sua orbita ultima, la sua orbita di valenza, ora vedremo che si chiama, sarà la terza. Ecco andiamo a vedere che cos'è lo strato di valenza. Lo strato di valenza è proprio l'orbita elettronica più esterna e gli elettroni che troviamo su quest'ultima orbita li chiamiamo elettroni di valenza. E quindi andiamo ad approfondire che cos'è un elettrone di valenza. Sono appunto questi elettroni che si trovano sull'ultima orbita, quindi sullo strato di valenza ora sappiamo che si chiama, ed essi definiranno il comportamento chimico di quell'atomo, cioè sono loro a determinare come quell'atomo interagirà con altri atomi e sono loro anche a definire quanti e che tipo di legami farà quel determinato atomo.
Cambiando slide, possiamo quindi dire che gli elettroni di valenza determinano le caratteristiche chimiche di un elemento. E questo perché? Ecco, con questa animazione ho provato a spiegarlo.
Se voi immaginate due atomi di un determinato elemento, in questo caso vi ho rappresentato degli atomi di idrogeno, per semplificare la questione, ma potrebbero essere qualsiasi tipo di atomo di un elemento, ecco, se questi due atomi vogliono interagire, interagiranno con il loro ultimo strato, con il loro strato di valenza, con la loro ultima orbita, quella più esterna. Ovviamente Grazie. interagiranno in quel modo perché se dovessero andare ad interagire con le orbite sottostanti farebbero repulsione. Lo studio delle orbite di valenza e quindi cosa succede sull'ultima orbita quella più esterna di un atomo è super importante perché ci fa capire come gli atomi potranno interagire e poi vedremo anche legarsi tra di loro.
È un po' quello che avviene tra noi esseri umani. Noi esseri umani possiamo toccare gli oggetti tramite il nostro strato più esterno che è la pelle. Ovviamente noi non andiamo a toccare gli oggetti con i nostri muscoli o con le nostre ossa, quello solo in modo indiretto. In tutte le situazioni possibili noi tocchiamo altri esseri umani o altri oggetti con il nostro strato più esterno, cioè la pelle. Ecco, per gli atomi, diciamo così, la loro pelle è proprio lo strato di valenza.
E allora possiamo andare a collegare questo con quello che abbiamo già visto nella tavola periodica, e cioè il numero del gruppo, quindi della colonna in cui si trova l'elemento, mi indica quanti elettroni di valenza ha quell'elemento, per quanti elettroni di quell'atomo si situano sull'orbita più esterna. Gli elementi di uno stesso gruppo quindi presentano una disposizione simile degli elettroni più esterni, cioè quelli di valenza. Quindi gli elementi appartenenti allo stesso gruppo, detta anche colonna, hanno caratteristiche chimiche simili, perché hanno lo stesso numero di elettroni sullo strato più esterno, e cioè tutti gli elementi che troviamo nel gruppo 1, quindi nella prima colonna della tavola periodica, saranno simili come comportamento, questo perché tutti loro avranno un elettrone sull'orbita più esterna. E allora andiamo a prendere proprio la tavola periodica e riassumiamo quello che abbiamo appena detto.
Vediamo che in giallo abbiamo i gruppi 1A, 2A fino a 8A. Questo perché, come abbiamo detto, quelli sono i gruppi principali, quelli su cui ci baseremo. E allora se noi prendiamo tutti gli elementi del primo gruppo, l'idrogeno, il litio, il sodio, il potassio eccetera eccetera, tutti questi avranno un solo elettrone sull'orbita più esterna.
Se noi prendiamo gli elementi del quarto gruppo avranno tutti i quattro elettroni di valenza vuol dire che sull'ultima orbita il carbonio avrà quattro elettroni di valenza il silicio ne avrà quattro ovviamente il carbonio ha due orbite perché lo troviamo nel periodo 2 il silicio ne avrà 3 quindi il carbonio avrà quattro elettroni di valenza e quindi quattro elettroni sulla seconda orbita perché per lui l'ultima orbita è la seconda il silicio invece ne avrà quattro sulla terza orbita perché per lui quella di valenza è la terza Di conseguenza viene facile, secondo questo ragionamento, capire che i gas nobili, quindi quelli dell'ottava colonna, avranno otto elettroni di valenza. Di conseguenza proviamo a capire come possiamo costruire un atomo e io vado a prendere un atomo abbastanza utilizzato, molto comune, che è quello di sodio. Allora il sodio dobbiamo già vedere dalla tavola periodica che ha un numerino scritto in alto. Quello, come già specificato nei video precedenti, è il suo numero atomico.
Vuol dire che... il sodio ha 11 protoni, cioè tutti gli atomi di sodio che esistono nell'universo hanno 11 protoni. E allora mettiamoli.
Il nucleo del sodio avrà 11 più, 11 particelle con la carica positiva. I neutroni in questo caso li ho omessi perché non ci interessano. Esattamente come sappiamo che il sodio ha 11 più, avrà anche 11 meno, perché l'atomo di per sé è neutro.
Quindi a 11 protoni corrisponderanno 11 elettroni. Ma il punto è... Come si posizionano questi elettroni intorno al nucleo?
Innanzitutto, il sodio ha una prima orbita, sulla quale, come abbiamo detto, al massimo si possono posizionare due elettroni. Di conseguenza, al sodio rimangono 11-2, 9 elettroni da posizionare. Possiamo anche aiutarci sempre con la tavola periodica, sapendo che il sodio si trova nel terzo periodo, quindi nella terza riga.
Di conseguenza sappiamo già che questi elettroni si distribuiranno su tre orbite. Anche senza sapere questo però noi possiamo andare a situare sulla seconda orbita, che ricordiamo può contenere un massimo di otto elettroni, i nostri otto elettroni che rimangono. Questi però non sono tutti gli elettroni che rimangono, perché 8 più 2 fa 10. Noi sappiamo che il sodio ne deve avere 11. L'ultimo elettrone lo posizionerà ovviamente su un'ulteriore orbita.
Quest'orbita conterrà un solo elettrone. Sarà l'ultima orbita del sodio, infatti il sodio appartiene al terzo periodo perché ha tre orbite, non di più. Ecco che per riempire questa terza orbita servono otto elettroni, ma il sodio non ne ha perché ne ha in tutto undici, e quindi posizionerà l'ultimo elettrone che deve posizionare su questa terza orbita. Questo elettrone lo chiameremo elettrone di valenza e ovviamente questa orbita sarà il suo strato di valenza.
Ed ecco che lo studio degli elettroni di valenza e dello strato di valenza è molto importante per capire come gli atomi, abbiamo detto, interagiranno con altri atomi. Infatti il chimico Lewis, notando che ad atomi con otto elettroni di valenza corrispondeva una reattività molto bassa, quindi erano molto stabili, dedusse che ad una configurazione come quella dei gas nobili, che sono quelli che hanno otto elettroni di valenza, doveva corrispondere una particolare stabilità. Così nel 1916 enunciò la regola dell'ottetto, utile ancora oggi per spiegare i legami tra gli atomi. E cosa ci dice la regola dell'ottetto? La regola dell'ottetto ci dice che ogni atomo tende a cedere, acquisire o mettere in comune gli elettroni di valenza per raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile più vicino.
Perché? Perché abbiamo capito che i gas nobili sono molto stabili, quindi tutti gli atomi vogliono arrivare ad avere la loro configurazione elettronica. Siccome ogni elemento tende ad avere lo strato di valenza pieno, con otto elettroni, cercherà di fare dei legami con altri atomi per raggiungere questa configurazione.
quindi quella dei gas nobili o più precisamente quello del gas nobile più vicino sulla tavola periodica ecco noi sappiamo che però la prima orbita si riempie con due elettroni e infatti idrogeno e elio i primi due elementi della tavola periodica riempiono il loro strato di valenza con due elettroni e quindi seguono una regola che noi possiamo chiamare in maniera molto amichevole tra di noi regola del duetto ecco questo nome non esiste lo utilizzo io giusto per spiegarlo ecco Loro sono gli unici due elementi che invece di seguire la regola dell'ottetto seguono quella del duetto tra virgolette. Andiamo a fare un esempio di quello che abbiamo appena detto. Ecco che se noi abbiamo l'idrogeno lui tenderà a voler raggiungere la configurazione elettronica dell'elio quindi tenderà a volere un altro elettrone.
Se invece prendiamo il carbonio del quarto gruppo lui ha quattro elettroni di valenza ne vorrebbe avere otto perché vorrebbe raggiungere la configurazione del neon. E quindi il carbonio dovrà condividere, o trovare qualcuno che gli condivida, quattro elettroni, così da raggiungere l'ottetto, da raggiungere la configurazione elettronica del suo gas nobile più vicino, cioè il neon. Ecco, questo discorso può sembrare un po' fumoso, un po' confuso, ma quando andremo a spiegare i legami tutto questo risulterà più chiaro.
Oggi lo dobbiamo dire e studiare in modo così, in modo un po' mnemonico. Dobbiamo quindi prendere la conoscenza, questa conoscenza poi ci servirà in seguito. Ecco, la scuola, gli studi, l'università sono costruiti in questo modo, cioè tante volte si danno delle informazioni che non si riescono a collegare ancora a tutto, ma bisogna essere fiduciosi perché poi con gli argomenti successivi quelle conoscenze andranno a inserirsi in un quadro più ampio e ci permetteranno di comprendere bene tutta la materia che stiamo studiando. Altra cosa.
di cui dobbiamo parlare sono appunto le strutture di Lewis, perché Lewis ha detto ma scusate ma se noi abbiamo interesse a vedere soprattutto gli elettroni di valenza e tutti quelli che si trovano sotto l'orbita di valenza ci interessano meno, ma allora ma perché non vado a costruirmi una struttura, un disegnino adeguato a quello che mi serve? E allora fece proprio così, e cioè che cos'è la simbologia o struttura di Lewis? È una struttura in cui noi mettiamo al centro il simbolo dell'elemento chimico, che ci interessa ovviamente, e riportiamo soltanto gli elettroni di valenza intorno a questo simbolo con dei pallini. Molto semplicemente andiamo a prendere degli elementi che hanno un solo elettrone di valenza, come l'idrogeno o il sodio, e noi li rappresentiamo così.
Il beriglio lo rappresentiamo con due pallini, il boro che ha tre elettroni di lo rappresentiamo con tre pallini. Quindi mettiamo il simbolo dell'elemento, intorno mettiamo tanti pallini quanti sono solo gli elettroni di valenza, quindi non tutti. L'idrogeno ovviamente ha un solo elettrone, quindi sarà anche il suo di valenza. Il sodio, come abbiamo visto, ne ha 11, ma ne ha solo uno di valenza, cioè solo uno sull'orbita più esterna.
E allora scriviamo Na con un pallino. Il carbonio che ne ha 4, scriviamo C con 4 pallini. E qua viene sempre la domanda, ma io se i 4 pallini come li posiziono?
Li metto a croce, come nel primo disegno o li metto a due a due da un lato e dall'altro come secondo disegno ecco vi dico subito è indifferente in realtà questa struttura ci serve per poter disegnare successivamente i legami quando conoscerete come il carbonio fa determinati legami li posizionerete come nella prima immagine oppure come nella seconda finché però queste strutture non vi servono per rappresentare dei legami potete metterle un po come vi pare cioè potete disegnare con i quattro pallini a croce o metterli a due a due Cercate sempre di metterli però non più di due per lato, questo perché tendenzialmente per una simmetria nel disegno è meglio vederlo in quel modo. Ovviamente ci saranno dei momenti in cui disegneremo questi elementi con tre pallini tutti da un lato, può capitare perché potrebbero fare triplo legame, ma questa cosa la lasciamo un attimo da parte e ne parliamo poi. ecco che abbiamo l'azoto che invece avrà 5 elettroni di valenza e il neon che se vi ricordate un gas nobile ne ha 8 E noi li mettiamo a quadrato con due pallini per ogni lato. Andiamo quindi a fare un ultimo esempio andando a prendere in considerazione tutto quello che abbiamo detto e come si disegnano le strutture di Lewis prendendo in considerazione appunto la tavola periodica.
Andiamo sul primo gruppo. Il primo gruppo ha tutti elementi che hanno un elettrone di valenza e noi li disegniamo in questo modo. H con un pallino, Na con un pallino, Li con un pallino, K con un pallino e via dicendo. Se ci spostiamo invece sul secondo gruppo, il secondo gruppo avrà tutti elementi con due elettroni di valenza, come ad esempio il beriglio, il magnesio eccetera eccetera gli disegniamo in questo modo. Se noi ci spostiamo ulteriormente In questo caso sul terzo gruppo avremo elementi con tre elettroni di valenza, come ad esempio il boro, l'alluminio eccetera eccetera, e li disegneremo in questo modo.
Se ci spostiamo ulteriormente sul quarto gruppo, come abbiamo già visto il carbonio, il silicio, il germanio, disegneremo gli elementi con quattro elettroni di valenza con quattro pallini intorno. E se infine ci spostiamo sull'ultimo gruppo, io ovviamente salto quelli in mezzo, Quindi arriviamo al gruppo dei gas nobili, in questo caso avremo 8 elettroni di valenza, avremo l'ultimo strato elettronico pieno, che sia il primo, il secondo, il terzo, ovviamente fatta eccezione per l'elio, e noi tutti questi gas nobili li disegneremo tramite struttura di Lewis in questo modo, NE al centro, quindi nome dell'elemento al centro, e poi 8 pallini intorno, e cioè 8 elettroni di valenza. Bene, secondo me dopo questa lezione dovrebbe essere tutto molto più semplice.
Io ovviamente, se vi è stata utile questa lezione, vi invito a lasciare un like e iscrivervi al canale. E soprattutto ringrazio infinitamente chi ha fatto anche solo una piccola donazione per ringraziarmi del lavoro che svolgo. Questo ovviamente mi permette di andare avanti a continuare a registrare queste mie lezioni, a continuare il mio lavoro e essere utile a tutti quelli che come voi studiano e devono affrontare verifiche ed esami. Ovviamente sezione commenti per tutti i chiarimenti del caso. Io vi saluto e vi do appuntamento alla prossima lezione.