FORMULE DI STRUTTURA

FORMULE

DI STRUTTURA

ALCUNE REGOLE PER SCRIVERE LE FORMULE DI STRUTTURA DELLE MOLECOLE

REGOLA DELL’OTTETTO: Un atomo tende a formare legami fino a circondarsi di 8 e^- nell’ultimo guscio (gas raro). L’H tende alla configurazione elettronica dell’He, alcuni elementi differiscono …..

− NUMERO LEGAMI COVALENTI DI UN ATOMO IN UNA MOLECOLA =

=n° e^-mancanti nella sua configurazione elettronica affinché raggiunga quella del gas raro più vicino:

Se mettiamo in relazione:

N

legami covalenti ≡ N

e

spaiati

Possiamo giustificare il n° di legami covalenti per certi atomi solo in termini di ECCITAZIONE E DISACCOPPIAMENTO degli e^- di alcuni orbitali nell’ambito dello stesso LIVELLO (n):

A) II PERIODO: Regola dell’ottetto

A) Es.:

BeCl2; BF3; CH4; NH3; H2O; HCl 2 legami 3 legami 4 legami 3 legami 2 legami 1 legame

Es.:

PF3 3 legami PF5 5 legami

H2S 2 legami

H2SO3 4 legami H2SO4 6 legami

HCl; HClO HClO2

HClO3

HClO4

V gruppo

VI gruppo

VII gruppo

B) III PERIODO (in poi): Anche espansione dell’ottetto

ESPANSIONE DELL’ OTTETTO

AZOTO: no espansione ottetto!

FOSFORO: espansione ottetto!

TEORIA VSEPR

Teoria della minimizzazione della repulsione delle coppie elettroniche nei livelli di valenza

Serve a prevedere la geometria della molecola (configurazione = disposizione spaziale dei legami intorno ad un atomo)

− Le coppie di e^- in un guscio di valenza si dispongono in modo da rendere massima la distanza di mutua separazione.

− Una coppia di e^- di non legame occupa nella molecola più spazio di una coppia di e^- di legame

Si possono fare previsioni sulla geometria (che figura geometrica, bi o tridimensionale) corrispondente alla disposizione delle coppie e^- di valenza intorno ad un atomo centrale.

IMPARIAMO A SCRIVERE LA FORMULA DI STRUTTURA DI UNA MOLECOLA

• Nota la formula molecolare: H₂O si contano gli e- di valenza per tutte le specie:

• Si ipotizza quale atomo centrale quello che, potenzialmente, può fare più legami

• Si dispongono gli e^-di valenza

H : 1 elettrone di valenza, O : 6 elettroni di valenza

• E si scrivono i legami prevedibili sulla regola dell’ottetto:

Gli altri restano come coppie solitarie non di legame:

• Si ricontano gli e^- (4 trattini = 8 e^-, ok)

• Se c’è un elemento che può espandere l’ottetto, questo è probabile che sia centrale.

Si soddisfa prima l’ottetto degli elementi che lo richiedono.

• Se gli elementi otteziali non raggiungono l’ottetto, possono doversi scrivere legami doppi o tripli.

Solo quando questi hanno raggiunto l’ottetto, si soddisfano quelli con espansione di ottetto (sulla base delle previsioni che si possono fare a seconda del gruppo di appartenenza)

• Si applicano le regole VSEPR, basandosi sul n° coppie di e^- sull’atomo centrale (LEGAME E SOLITARIE!) dando la configurazione (=forma spaziale) alla molecola.

o Se c’è da scrivere IBRIDI DI RISONANZA essi vanno scritti tutti, intervallati da una doppia freccia:

QUANDO CI SONO PIU’ LEGAMI EQUIVALENTI CHE VANNO INDICATI VANNO SCRITTE PIU’ FORMULE DETTE DI RISONANZA CHE MANTENGONO FISSA LA POSIZIONE DEI NUCLEI MA MUOVONO GLI e^-, INDICANDO CHE LA REALTA’ E’ APPUNTO UN IBRIDO TRA LE 2,PIU’ O MENO, SITUAZIONI:

Ione

carbonato

o Se c’è da scrivere IONI MOLECOLARI (molecole con una carica, cfr. nomenclatura) bisogna IDENTIFICARE LA POSIZIONE di tale carica mediante il conto delle CARICHE FORMALI per ciascun atomo ( e scrivere le eventuali formule di risonanza):

NH₄⁺

L’azoto è quello che porta la carica formale +1.

si attribuiscono all’atomo ½ degli e^- di legame + gli e- delle coppie solitarie. Questo numero si

sottrae dal n° di e^- di valenza e si ha la carica formale

Esempio di una struttura a separazione di carica interna

ESEMPI

ATTENZIONE!

Per quanto riguarda le formule di struttura, si prevede che, nel caso di legami multipli, allo SCHELETRO SIGMA CHE è FISSO (!!) – cioè i legami covalenti sigma non si spostano – si sovrappongono in alcuni casi dei legami π che, ove siano da scrivere le formule di risonanza, siano invece mobili su vari atomi, potendo venire “richiamati” tra nuclei diversi della stessa molecola.

Es.: CO₃^2-

LA STRUTTURA E’ SCRITTA CORRETTAMENTE SOLO QUANDO SIANO STATE SCRITTE TUTTE LE FORMULE DI RISONANZA E DATE LE CORRETTE ASSEGNAZIONI, OVE OCCORRA, DI VOLTA IN VOLTA, DELLE CARICHE FORMALI.

PER SPIEGARE IL PERCHE’ DI TANTA SIMMETRIA NELLE MOLECOLE (v. VSEPR) PUR PARTENDO DA ORBITALI DI FORME DIVERSE BISOGNA FAR RIFERIMENTO AL CONCETTO DI

IBRIDAZIONE

Es.: CH₄

Si prevederebbero 1 legame con il 2s e altri 3 fatti grazie ai 2p.

In realtà CH₄ è tetraedrico e il C fa 4 LEGAMI UGUALI!

IBRIDAZIONE: rimescolamento delle funzioni d’onda di n orbitali atomici diversi per dare n orbitali atomici equivalenti.

IBRIDAZIONI PIU’ SEMPLICI

sp³ Es.: CH₄

− da un orbitale s e dai 3 orbitali p si ottengono 4 orbitali ibridi equivalenti, sp³ che si collocano a 109° l’uno rispetto all’altro, ai vertici di un TETRAEDRO.

− da un orbitale s e da 2 orbitali p si ottengono 3 orbitali ibridi equivalenti sp2 che si collocano a 120° l’uno rispetto all’altro, ai vertici di un TRIANGOLO EQUILATERO.

sp² Es.: BF₃

− da un orbitale s e da 1 orbitale p si ottengono 2 orbitali ibridi equivalenti sp che si collocano a 180°

l’uno rispetto all’altro, lungo una RETTA.

Sp Es.: BeCl₂

ALTRI ESEMPI DI COMPOSTI CON ELEMENTI CHE HANNO ORBITALI IBRIDI DI QUESTO TIPO:

NH

: ibridazione sp

per N

(3 per i legami N - H, 2 per le 2 coppie solitarie)

H

O: ibridazione sp

per O

(2 per i legami OH, 2 per le 2 coppie solitarie)

IBRIDAZIONI PIU’ COMPLESSE ( DAL III PERIODO IN POI):

sp

d

SF

sp

d PF

NELLO SCRIVERE LE FORMULE DI STRUTTURA OCCORRE TENERE PRESENTE, OVE OCCORRE, LA FORMAZIONE DI

LEGAMI MULTIPLI

ES: C₂H₄ etilene, doppio legame, ibridazione sp²

Es: C₂H₂ acetilene, triplo legame,

ibridazione sp

Ogni C è ibridato sp² e con gli ibridi forma i 2 legami C – H ed 1 legame C – C. Questi legami sono diretti lungo la congiungente i nuclei (legami di tipo sigma). Il 4° legame (quello doppio è dato dalla somma tra il 1° legame C – C e questo qui) è fatto con i 2 orbitali pz su ciascun C non ibridizzati (non è lungo i nuclei, si dice π)

Benzene

ISOMERI

1. COMPOSIZIONE:

stesse formule minime ma diverse formule molecolari.

C2H2 acetilene Es.: CH

C6H6 benzene

2. COSTITUZIONE:

stesse formule molecolari ma diversa formula di struttura ( come sono legati gli atomi tra loro)

Es.: - C-C– OH ; - C – O – C – C2H6O etanolo etere etilico

3. CONFIGURAZIONE:

diversa disposizione reciproca degli atomi nello spazio:

cis trans

ENANTIOMERI OTTICI- CHIRALITA’

- (4 SOSTITUENTI DIVERSI SU UN ATOMO LO RENDONO NON SOVRAPPONIBILE CON LA SUA IMMAGINE

SPECULARE: è un enantiometro)

4. CONFORMAZIONE:

Diverso angolo di rotazione intorno a legami semplici.

Alcune formule di struttura più rilevanti

equilateroequilatero

regolare