Esercizi: Tipi di legame e polarità

Considera le seguenti sostanze: $\mathrm{NaCl}$, $\mathrm{Cl_2}$, $\mathrm{HCl}$, $\mathrm{Fe}$.

1. a) Per ciascuna sostanza indica il tipo di legame prevalente (ionico, covalente apolare, covalente polare, metallico).
2. b) Spiega in che cosa consiste il legame metallico e perché i metalli conducono la corrente elettrica allo stato solido.

Dati i valori di elettronegatività di Pauling: $\mathrm{H} = 2{,}20$; $\mathrm{C} = 2{,}55$; $\mathrm{O} = 3{,}44$; $\mathrm{F} = 3{,}98$; $\mathrm{Na} = 0{,}93$; $\mathrm{Cl} = 3{,}16$.

1. a) Calcola la differenza di elettronegatività $\Delta\chi$ per i legami $\mathrm{H{-}F}$, $\mathrm{C{-}H}$, $\mathrm{Na{-}Cl}$ e $\mathrm{O{-}H}$.
2. b) Ordina i legami per polarità crescente e indica quale ha carattere prevalentemente ionico.

Scrivi la struttura di Lewis delle seguenti specie:

1. a) $\mathrm{H_2O}$ e $\mathrm{NH_3}$.
2. b) $\mathrm{N_2}$ e $\mathrm{CO_2}$, indicando per ciascuna il numero di legami singoli, doppi o tripli presenti.

Un campione di cloruro di magnesio, $\mathrm{MgCl_2}$, viene sciolto in acqua e un altro campione di tetracloruro di carbonio, $\mathrm{CCl_4}$, viene mescolato con acqua.

1. a) Descrivi la formazione di $\mathrm{MgCl_2}$ a partire dagli atomi, indicando il trasferimento di elettroni e le configurazioni elettroniche degli ioni formati.
2. b) Spiega perché $\mathrm{MgCl_2}$ si scioglie in acqua mentre $\mathrm{CCl_4}$ no, facendo riferimento alla natura dei legami e alla polarità delle sostanze.

Scrivi le strutture di Lewis di $\mathrm{SO_2}$ e dello ione nitrato $\mathrm{NO_3^-}$.

1. a) Per ciascuna specie determina le cariche formali degli atomi in una struttura di Lewis ammissibile.
2. b) Spiega perché per entrambe esistono più formule di risonanza e che cosa implica ciò per la lunghezza dei legami.

Un solido A fonde a $801\text{ °C}$, non conduce da solido ma conduce da fuso. Un solido B fonde a $1.085\text{ °C}$ e conduce sia da solido sia da fuso. Un solido C fonde a $-114\text{ °C}$ e non conduce in nessuno stato.

1. a) Associa a ciascun solido il tipo di legame prevalente (ionico, metallico, molecolare covalente) motivando.
2. b) Spiega perché il solido B è malleabile mentre il solido A è fragile.

L'ossido di magnesio $\mathrm{MgO}$ fonde a circa $2.850\text{ °C}$, mentre il cloruro di sodio $\mathrm{NaCl}$ fonde a $801\text{ °C}$, pur avendo entrambi la stessa struttura cristallina.

1. a) Giustifica la differenza usando la legge di Coulomb, considerando cariche e raggi ionici ($r(\mathrm{Mg^{2+}}) = 72\text{ pm}$, $r(\mathrm{Na^+}) = 102\text{ pm}$, $r(\mathrm{O^{2-}}) = 140\text{ pm}$, $r(\mathrm{Cl^-}) = 181\text{ pm}$).
2. b) Calcola il rapporto approssimato tra le forze di attrazione elettrostatica tra primi vicini nei due composti.
3. c) Discuti perché il termine «molecola di NaCl» non è appropriato.

Il monossido di carbonio $\mathrm{CO}$ ha elettronegatività $\mathrm{C} = 2{,}55$ e $\mathrm{O} = 3{,}44$, ma il suo momento dipolare è molto piccolo ($0{,}11\text{ D}$).

1. a) Scrivi la struttura di Lewis che rispetta l'ottetto per entrambi gli atomi e indica le cariche formali.
2. b) Spiega perché la carica formale e la differenza di elettronegatività agiscono in senso opposto sulla polarità.
3. c) Indica l'ordine di legame e confrontalo con quello di $\mathrm{N_2}$.

Il fosforo forma $\mathrm{PCl_3}$ e $\mathrm{PCl_5}$, mentre l'azoto forma $\mathrm{NCl_3}$ ma non $\mathrm{NCl_5}$.

1. a) Scrivi le strutture di Lewis di $\mathrm{PCl_3}$, $\mathrm{PCl_5}$ e $\mathrm{NCl_3}$.
2. b) Spiega l'esistenza di $\mathrm{PCl_5}$ in termini di ottetto espanso, e perché l'azoto, del secondo periodo, non può espanderlo.
3. c) Valuta criticamente il ruolo degli orbitali $d$ in questa spiegazione.