8/15/2019 Curs 5 Nave

1/32

 

CHIMIE

CURSUL NR. 5 

8/15/2019 Curs 5 Nave

2/32

Teoria covalenţei 

G. N. Lewis (1916) este cel care a introdus

conceptul de legătură covalentă.

O legătură chimică covalentă se stabileşte între doi atomi, identici sau diferiţi, care pun în comun unul sau mai mulţi electroni astfel

 încât în învelişul electronic periferic (devalenţă) al fiecăruia să se formezeconfiguraţii stabile de octet (sau dublet).

8/15/2019 Curs 5 Nave

3/32

  Diferenţa  de electronegativitate dintrecei doi atomi este nulă sau relativ mică.

Majoritatea legăturilor covalenteimplică punerea în comun a doi, patru

sau şase electroni, formând astfellegături simple, duble sau triple. 

Numărul de covalenţe este determinatde numărul de electroni pe care atomii

 îi pun în comun pentru obţinerea

configuraţiei stabile.

8/15/2019 Curs 5 Nave

4/32

 

Cea mai simplă  moleculă  cu legătură 

covalentă este molecula de hidrogen.

H· + H· → H··H  H –H 

Din punct de vedere energetic,molecula de hidrogen este mai stabilădecât amestecul de atomi individuali. 

8/15/2019 Curs 5 Nave

5/32

• Şi atomii altor elemente pot pune încomun electroni cu formare de legături

covalente: azotul, oxigenul, clorul etc.

• Legătura covalentă se formează şi între

atomi diferiţi. Molecula de H2O se obţineprin punerea în comun a 2 electroniaparţinând celor doi atomi de hidrogen

cu 2 electroni aparţinând oxigenului. 

• Deci, molecula de apă are două legături

covalente simple.

8/15/2019 Curs 5 Nave

6/32

 

8/15/2019 Curs 5 Nave

7/32

   În afară de legături covalente simple, uneleelemente au particularitatea de a forma

legături covalente multiple.

• La formarea moleculei de oxigen (O2), atomiidobândesc configuraţii stabile de octet

formate din câte două perechi de electroniparticipanţi la legătură şi câte două perechide electroni neparticipanţi. 

8/15/2019 Curs 5 Nave

8/32

• La formarea moleculei de azot (N2),atomii prezintă tot octete formate din

câte trei perechi de electroni delegătură şi o pereche de electronineparticipanţi. 

8/15/2019 Curs 5 Nave

9/32

  După natura chimică a atomilorimplicaţi în legătură se disting

următoarele tipuri de legăturicovalente:

a) Legătura covalentă nepolară, sestabileşte între atomi identici, perecheade electroni de legătură repartizându-se

uniform între atomii participanţi (ex. H2,Cl2, O2);

8/15/2019 Curs 5 Nave

10/32

  b) Legătura covalentă polară, se

stabileşte între atomi difer iţi, perechea

de electroni de legătură fiind maiapropiată de nucleul atomului maielectronegativ, ceea ce conduce la

apariţia unor sarcini parţiale negativeşi pozitive la atomii participanţi (ex.HCl, NH3, H2O);

8/15/2019 Curs 5 Nave

11/32

8/15/2019 Curs 5 Nave

12/32

  c) Legătura covalent - coordinativă,  încare perechea de electroni ce

constituie legătura provine doar de launul dintre atomii implicaţi la legătură,numit donor .

Celălalt atom, numit acceptor, pune ladispoziţia perechii de electroni de la

atomul donor un orbital neocupat.

Exemple:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3d/1GZX_Haemoglobin.png

8/15/2019 Curs 5 Nave

13/32

Gruparea HemStructura hemoglobinei. Proteinele sunt

reprezentate î n roșu și albastru și grupareahem cu verde.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Hb-animation2.gifhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3d/1GZX_Haemoglobin.pnghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Heme.svg

8/15/2019 Curs 5 Nave

14/32

Chimia organică 

8/15/2019 Curs 5 Nave

15/32

  Caracteristicile legăturii covalente suntdate de modul de formare al acesteia: 

- este rigidă (atomii ocupă poziţii fixe chiar şi laschimbarea stării de agregare asubstanţei); 

- prezintă orientare în spaţiu (caracteristicădată de unghiurile covalenţei); 

- prezintă fenomenul de saturaţie (număr limitat

de covalenţe); - este puternică (de ordinul a 418 kJ); - se polarizează. 

8/15/2019 Curs 5 Nave

16/32

  Substanţele formate din molecule covalenteprezintă următoarele caracteristici:

- ca stare de agregare pot fi solide, lichide şigazoase (multe sunt gaze sau lichide uşorvolatile, iar cele solide sunt cristale cuduritate mare);

- pentru substanţele solide, punctele de topiresunt mai mici decât ale substanţelor ionice; 

- punctele de fierbere ale substanţelor lichide

sunt şi ele mai scăzute; - se dizolvă uşor în solvenţi organici nepolari şisunt puţin solubile în solvenţi polari; 

- în stare solidă şi topituri, sunt izolatori electrici. 

8/15/2019 Curs 5 Nave

17/32

 

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Diamond_Cubic-F_lattice_animation.gifhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/Graphite_mineral_aggregate.jpghttp://www.google.ro/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=gDMLXrp6CcI51M&tbnid=9932M1JY9wKltM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http%3A%2F%2Fro.wikipedia.org%2Fwiki%2FGrafit&ei=CP1vUuqCIIi34AT4u4HgCA&psig=AFQjCNEY6RsWQh9JZ_gu3fQWCXL8_j23uw&ust=1383157384597123

8/15/2019 Curs 5 Nave

18/32

LEGĂTURA METALICĂ 

Din cele 106 elemente chimice cunoscute astăzi,73 sunt metale.

Ele sunt amplasate în sistemul periodic atât în

grupele principale cât și în grupele secundare. 

Prezintă o serie de caracteristici generale: - conductibilitate electrică și termică ridicată - au luciu metalic

- sunt opace

8/15/2019 Curs 5 Nave

19/32

- au însușiri mecanice specifice: maleabilitate(pot fi prelucrate sub formă de foi) și ductilitate(pot fi trase sub formă de fire). 

- unele au rezistență mare la compresiune 

- caracter chimic electropozitiv (cedează electronide pe stratul de valență transformându-se în ioni

pozitivi)

8/15/2019 Curs 5 Nave

20/32

Aceste caracteristici le sunt conferite metalelor

de tipul special de legătură existentă în structura

lor - legătura metalică. 

Electroni delocalizati

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/18/Metallic_bond_Cu.svg

8/15/2019 Curs 5 Nave

21/32

Tratarea cuantică a legăturii metalice, prin aplicareateoriei orbitalilor moleculari a fost realizată deSommerfeld (1927), Fermi şi Bloch (1929), Brillouin şiPauling (1938) şi alţii. 

Conform acestei teorii, electronii dintr-o reţea metalică

nu sunt perfect liberi ci sunt supuşi unui câmp electricexistent în reţea.

 Î ntr-o bucată compactă de metal distribuţia electronilor

este diferită de cea din atomii individuali liberi.Diferenţele sunt mai mici pentru nivelurile maiapropiate de nucleu dar sunt semnificative pentru cele

mai îndepărtate. 

8/15/2019 Curs 5 Nave

22/32

 În atomii individuali, electronii sunt distribuiţi într -unnumăr limitat de niveluri de energie.

 În metalul compact fiecare nivel energetic se multiplică într -un număr de niveluri egal cu numărul atomilor dinreţea, lărgindu-se astfel zonele în care electronii auacces. În reţeaua cristalină electronii se vor găsi în

zone (benzi) de energie permisă separate de zone(benzi) interzise.

8/15/2019 Curs 5 Nave

23/32

Nivelurile interioare pot fi părăsite de electroni doardacă metalul este iradiat cu raze X. 

Banda corespunzătoare ultimului nivel este cea careeste extinsă în întreg cristalul metalic. Ultima bandă deenergie ocupată cu electroni se numeşte bandă devalenţă iar banda permisă, liberă, imediat superioară

benzii de valenţă, se numeşte bandă de conducţie.

Prin aplicarea unei diferenţe de potenţial, electronii vortrece pe nivelurile superioare ale aceleiaşi benzi, saudin banda de valenţă în cea de conducţie, asigurândconducţia electrică a metalelor. 

8/15/2019 Curs 5 Nave

24/32

Conductibilitatea unui metal se defineşte ca inversulrezistivităţii lui, , fiind constantă pentru un metal dat,la temperatură constantă.

Conductibilitatea, , este inversul rezistenţei opuse latrecerea curentului electric printr-un conductor cu

lungime l şi arie S, unitare.

8/15/2019 Curs 5 Nave

25/32

Tratarea cuantică a stării solide explică comportareade conductor, de izolator sau de semiconductor,

comportare determinată de valoarea E.

E este diferenţa dintre energia benzii de valenţă şi ceaa benzii de conducţie.

Această energie defineşte o zonă numită bandăinterzisă.

Dacă valoarea este nulă, materialul este conductor,dacă este până în 3 eV, comportamentul este al unuisemiconductor iar dacă banda interzisă depăşeşte 3eVmaterialul este izolator.

8/15/2019 Curs 5 Nave

26/32

Suprapunere

Metal Semiconductor Izolator

Banda

interzisa

   E  n  e  r  g   i

  a

  e   l  e  c   t  r  o  n   i   l  o  r Banda de

conductie

Banda de

valenta

Nivel Fermi

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Isolator-metal.svg

8/15/2019 Curs 5 Nave

27/32

Semiconductorii sunt corpuri a cărorconductivitate electrică este cuprinsă între cea

a metalelor şi cea a izolatorilor , fiind influenţatăde temperatură (la temperaturi joase suntizolatori şi la temperaturi înalte suntconductori).

Semiconductori

Semiconductori intrinseci ( puri)

Semiconductori

extrinseci ( cu

impurităţi) 

de tip n

de tip p

8/15/2019 Curs 5 Nave

28/32

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Conducţia electrică a semiconductorilor  

La temperaturi joase un semiconductor este un

izolator cu rezistenţă electrică foarte mică. Atomii aflaţi înnodurile reţeleicristaline

oscilează în jurul

poziţiei deechilibru. La oanumitătemperatură voravea o energie

cinetică finită,

existândposibilitatea caelectronii

periferici săpărăseascăatomii devenind

liberi.

8/15/2019 Curs 5 Nave

29/32

Si

Si

Si

Si

Si

SiBV

BC

Aducerea unui electron  în  starea de conducţie  înseamnă  trecerealui din banda de valenţă (BV) în banda de conducţie (BC).

Prin plecarea electronului din BV în BC, în urma lui apare un nivelenergetic liber numit “gol”. Apariţia  unui gol este echivalentă  cuapariţia unei sarcini electrice pozitive.

Eg 

   B  e  n  z   i    d  e  e  n  e  r  g   i  e

   (  e   V

   )

Cristal de siliciu

8/15/2019 Curs 5 Nave

30/32

Semiconductor de tip n

Si

Si

Si

Si

Si

Si As

 As

Pentru a obţine un semiconductor extrinsec de tip n se introduc într -un semiconductor pur impurităţi donoare adică, atomi cuvalenţa V precum fosfor (P) sau arsen (As). 

8/15/2019 Curs 5 Nave

31/32

Semiconductor de tip p

Si

Si

Si

Si

Si

SiB

Pentru a obţine un semiconductor extrinsec de tip p se introduc într -un semiconductor pur impurităţi acceptoare adică, atomi cuvalenţa III precum bor (B) sau galiu (Ga) . 

B

8/15/2019 Curs 5 Nave

32/32