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Bentornati in questa nuova lezione di chimica, in cui andremo a vedere che cosa sono gli elettroni di Valenza, che cos'è l'ottetto 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 troviamo gli elettroni, si dispongono su orbite denominate anche livelli energetici. Questo della 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 egual 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 8. 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. Se ha più di un'orbita, quindi due, tre, quattro, cinque 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 8 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 3 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 differenza. 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 loro strato di valenza, con la loro ultima orbita, quella più esterna. Recentemente 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'ultimo 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 della quarto gruppo, avranno tutti quattro elettroni di Valenza. Vuol dire che sull'ultima orbita, il carbonio avrà quattro elettroni di Valenza, il silicio avrà 4. Ovviamente, il carbonio ha due orbite perché lo troviamo nel periodo 2. Il silicio avrà tre. Quindi, il carbonio avrà quattro elettroni di Valenza e quindi 4 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. Tutti gli atomi di sodio che esistono nell'universo hanno 11 protoni. E allora, mettiamoli. Il nucleo del sodio avrà 11+11 particelle con la carica positiva. I neutroni, in questo caso, li ho messi perché non ci interessano. Esattamente come sappiamo che il sodio ha 11+, avrà anche 11-, 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, del sodio rimangono 11 meno 2, nove 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 8 elettroni, i nostri otto elettroni. 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 8 elettroni, ma il sodio non ne ha, perché ne ha in tutto 11. 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 8 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 8 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 8 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.
E con noi sappiamo che però la prima orbita si riempie con due elettroni. E infatti, idrogeno ed elio, i primi due elementi della tavola periodica, riempiono 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, in cui 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 8, 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, 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 tutto, ma bisogna essere fiduciosi perché poi con gli argomenti successivi quelle conoscenze andranno 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, 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 con ognuno di essi rappresentiamo così. Il berillio lo rappresentiamo con due pallini. Il boro, che ha tre elettroni di Valenza, 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 quattro, scriviamo C con quattro pallini. E qua viene sempre la domanda: ma io, sì, quattro pallini, come li posiziono? Li metto a croce come il primo disegno o li metto a due a due da un lato e dall'altro come il 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 o come nella seconda. Finché, però, queste strutture non vi servono per sperimentare dei legami, potete metterle un po' come vi pare, cioè potete disegnare l'icona, 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, 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 disegniamo in questo modo: H con un pallino, e Na con un pallino, e 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 berillio, il magnesio, eccetera eccetera. Li disegniamo in questo modo. Se 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 insegneremo in questo modo. Se ci spostiamo ulteriormente sul quarto gruppo, come abbiamo già visto, il carbonio, silicio e germanio, disegneremo gli elementi con quattro elettroni di Valenza con quattro pallini intorno. E se infine ci spostiamo sull'ultimo gruppo, e 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, secondo, il terzo, ovviamente fatta eccezione per l'elio, perché 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.