VSEPR: Numero Sterico 2

Teoria ‘Valence-Shell Electron Pair Repulsion’, VSEPR (Sigdwick-Powell)

Alcune definizioni preliminari:

Numero Sterico: Somma del numero di legami e di doppietti di non legame che insistono su di un atomo.

Ingombro Sterico: Dimensioni dello spazio occupato da ogni coppia di elettroni. Si noti che l’elettronegatività influenza

Siano note la connettività e la formula di Lewis di una molecola, ovvero sia noto il numero sterico di ogni atomo che la compone. La teoria VSEPR permette di prevedere (e/o interpretare) la STEREOCHIMICA di ogni atomo della molecola, i.e. la disposizione, attorno a tale atomo, dei doppietti di legame e dei doppietti di non legame. Come?

di elettroni. Si noti che l’elettronegatività influenza l’ingombro sterico delle coppie di elettroni di legame.

La previsione della stereochimica mediante la teoria VSEPR si basa sulla assunzione che i doppietti elettronici (di legame e di non legame) si dispongono attorno all’atomo in modo da determinare il minor ingombro sterico possibile. Ovvero:

NUMERO STERICO 5:

BIPIRAMIDALE TRIGONALE

NUMERO STERICO 6:

OTTAEDRICA NUMERO STERICO 2:

LINEARE

NUMERO STERICO 3:

TRIGONALE PLANARE

NUMERO STERICO 4:

TETRAEDRICA

VSEPR: Numero Sterico 2

AB₂ LINEARE

Be H H

BeH₂

C O O

CO₂

VSEPR: Numero Sterico 3

I CASO: AB₃ senza doppietti di non legame PLANARE TRIGONALE

B F F F

BF₃

S O

O O

- -

2+

SO₃ 120° 120°

120°

Atomo

Doppietto inerte Legame

Omessi per chiarezza i doppietti inerti degli atomi di ossigeno

II CASO: AB₂ con un doppietto di non legame ANGOLARE

O₃

O-O-O = 116.5°

O

O O O

S

O

SO₂

S-O-S = 119°

> 120°

> 120°

< 120°

La geometria complessiva delle coppie elettroniche (di legame e non legame) e la geometria molecolare differiscono:

Doppietto di non legame

VSEPR: Numero Sterico 4

I CASO: AB₄ senza doppietti di non legame TETRAEDRICA

109.5°

C

H H H H

Metano, CH₄

Solfato, SO₄^2-

S O O O O

2-

Omessi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi terminali

II CASO: AB₃ con un doppietto di non legame PIRAMIDALE TRIGONALE

N H H H

Ammoniaca, NH₃ H-N-H = 107.3°

PF₃

F-P-F = 96.3°

P F F

> 109.5°

F

III CASO: AB₂ con due doppietti di non legame ANGOLARE

O

H H

Acqua, H₂O

S

H H

H-S-H = 92.1°

H₂S

S

F F

F-S-F = 98.3°

SF₂

H-O-H = 105° H-S-H = 92.1° F-S-F = 98.3°

Omessi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi di fluoro

O

H H

H-O-H = 105°

C H H H H

H-C-H = 109.5°

N H H H

H-N-H = 107.3°

C Cl H H

H ^{C O}

H H H

H-C-H = 110.5°

H-C-Cl = 108.5°

H-C-H = 115.8°

H-C-O = 122.1°

In generale:

LP-LP > LP-coppia di legame > coppia di legame-coppia di legame LP > legame doppio > legame singolo

LP = lone pair, doppietto di non legame

VSEPR: Numero Sterico 5

I CASO: AB₅ senza doppietti di non legame PIRAMIDALE TRIGONALE

P F F

F F

F

PF₅

As F F

F F

F

AsF₅

P Cl Cl

Cl Cl

Cl

PCl₅ A = posizione assiale

E = posizione equatoriale 90°

120°

E

A

A E

E

II CASO: AB₄ con un doppietto di non legame A SELLA DI CAVALLO

101.6°

S

F F

F F

SF₄ 173.1°

Omessi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi periferici

III CASO: AB₃ con due doppietti di non legame A ‘T’

Cl F F

F

ClF₃

F-Cl-F = 87.5°

IV CASO: AB₂ con tre doppietti di non legame LINEARE

Omessi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi periferici IF₂^-

F I F -

XeF₂

F Xe F

I₃^-

I I I

-

VSEPR: Numero Sterico 6

I CASO: AB₆ senza doppietti di non legame OTTAEDRICA

S F F F F F F

SF₆

P F F

F F

F F

-

PF ^-

Si F F F F F F

2-

SiF ^2-

PF₆^- SiF₆^2-

II CASO: AB₅ con un doppietto di non legame PIRAMIDALE A BASE QUADRATA

Omessi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi di fluoro

XF₅ α

X = Br α = 84.5°

X = I α = 80.9°

X F

F F

F F

Omessi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi di fluoro

III CASO: AB₄ con due doppietti di non legame PLANARE QUADRATA

I

F F

F F

IF₄^-

-

fluoro

VSEPR per Molecole più Complesse

1) Ogni centro va valutato individualmente con le regole VSEPR, come se i centri vicini non lo influenzassero

2) La disposizione relativa, nello spazio, dei centri non è tuttavia deducibile mediante le regole VSEPR

E.g. 1: Etilene

Ogni C: ● numero sterico 3, senza coppie di non legame C C

H H

α β

● (pseudo)trigonale C C

H

H ^α

α = 116.6°

β = 121.7°

E.g. 2: Alcol Etilico

C C O H

H H

H

H

H

Ogni C: ● numero sterico 4, senza coppie di non legame

● (pseudo)tetraedrico

O: ● numero sterico 4, con 2 coppie di non legame

● angolare

E.g. 3: Acido Cianoacetico

C₂: ● numero sterico 2, senza coppie di non legame

● lineare

C₃: ● numero sterico 4, senza coppie di non legame

● (pseudo)tetraedrico C C C

H O N

1 3 4

5 ● (pseudo)tetraedrico

C₄: ● numero sterico 3, senza coppie di non legame

● (pseudo)trigonale

O₆: ● numero sterico 4, 2 coppie di non legame

● angolare C C C

H O H N

1 2 3 4

6

Polarità delle Molecole

Poiché nella maggior parte delle molecole i legami sono almeno parzialmente polari, è possibile che risulti polare la molecola nel suo complesso.

Si definisce polare una molecola il cui momento dipolare elettrico sia non nullo. Il momento dipolare elettrico di una molecola, µ_TOT, è la somma vettoriale dei momenti dipolari elettrici µ_i dei legami che la compongono:

vettoriale dei momenti dipolari elettrici µ_i dei legami che la compongono:

µ µ µ

µ

= Σ Σ Σ Σ

µ µ µ µ

Un molecola AB_n NON è polare se contemporaneamente:

gli atomi (o gruppi) B sono disposti simmetricamente attorno all’atomo centrale A, secondo le geometrie lineare, trigonale, planare quadrata,

tetraedrica, bipiramidale trigonale, ottaedrica…;

gli atomi (o gruppi) B sono identici, i.e. hanno la stessa carica parziale.

C C Cl H

Cl

H

C C Cl H

H

Cl C C

H H

Cl

Cl

Regola del Parallelogramma

Polare, µ = 1.34 D Polare, µ = 1.90 D Apolare

H

H Cl

Cl H

H

Apolare

Cl

H Cl

H H

H

Polare, µ = 2.50 D

H

Cl Cl

H H

H

Polare, µ = 1.72 D

C Cl ClH Cl

Debolmente Polare C

Cl H H H

Molto Polare

C Cl H Cl H

Polare

C Cl Cl Cl Cl

Apolare

In generale, tutte le molecole piramidali a base triangolare e angolari sono polari, in quanto i legami A-B sono distribuiti tutti da una parte della molecola, i doppietti di non legame dall’altra.

MOLECOLA AB µµµµ (D) GEOMETRIA MOLECOLA AB₂ µµµµ (D) GEOMETRIA

HF 1.78 Lineare H₂O 1.85 Piegata

HCl 1.07 Lineare H₂S 1.62 Piegata

HBr 0.79 Lineare SO₂ 1.62 Piegata

HI 0.38 Lineare CO₂ 0 Lineare

H₂ 0 Lineare

MOLECOLA AB µµµµ (D) GEOMETRIA MOLECOLA AB µµµµ (D) GEOMETRIA MOLECOLA AB₃ µµµµ (D) GEOMETRIA MOLECOLA AB₄ µµµµ (D) GEOMETRIA

NH₃ 1.47 Trig. Piramidale CH₄ 0 Tetraedrica

NF₃ 0.23 Trig. Piramidale CH₃Cl 1.92 Tetraedrica

BF₃ 0 Trig. Planare CH₂Cl₂ 1.60 Tetraedrica

CHCl₃ 1.04 Tetraedrica

CCl₄ 0 Tetraedrica

La polarità dell’acqua e i forni a microonde:

Le microonde usate in un forno per alimenti hanno frequenza di 2,45 10⁹ s^-1, scelta appositamente per non essere assorbita in modo significativo dalle molecole d’acqua, onde evitare il riscaldamento del cibo solo a livello superficiale.

In generale, le microonde interagiscono con i dipoli elettrici di molecole polari.

Nel caso di un cibo, dunque, principalmente con acqua, ma anche con grassi e zuccheri. In tal modo ne provocano un aumento del moto termico, i.e. della temperatura, che coinvolge poi, per trasferimento di calore, tutto il cibo e, in ultimo, il contenitore.