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

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1 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 l ingombro sterico delle coppie di elettronidilegame. 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 STEREIMIA di ogni atomo della molecola, i.e. la disposizione, attorno a tale atomo, dei doppietti di legame e dei doppietti di non legame. ome?

2 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. vvero: NUMER STERI 2: LINEARE NUMER STERI 3: TRIGNALE PLANARE NUMER STERI 4: TETRAEDRIA NUMER STERI 5: BIPIRAMIDALE TRIGNALE NUMER STERI 6: TTAEDRIA

3 VSEPR: Numero Sterico 2 AB 2 LINEARE Be Be 2 2 VSEPR: Numero Sterico 3 I AS: AB 3 senza doppietti di non legame PLANARE TRIGNALE B 2+ S - - B 3 S 3 messi per chiarezza i doppietti inerti degli atomi di ossigeno Atomo Doppietto inerte Legame

4 II AS: AB 2 con un doppietto di non legame ANGLARE > 120 > 120 S < 120 S 2 3 S--S = = La geometria complessiva delle coppie elettroniche legame) e la geometria molecolare differiscono: (di legame e non Doppietto di non legame

5 VSEPR: Numero Sterico 4 I AS: AB 4 senza doppietti di non legame TETRAEDRIA Metano, 4 Solfato, S 4 2- S 2- II AS: AB 3 con un doppietto di non legame PIRAMIDALE TRIGNALE > N P Ammoniaca, N 3 -N- = P 3 -P- = 96.3 messi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi terminali

6 III AS: AB 2 con due doppietti di non legame ANGLARE Acqua, 2 S 2 S S S 2 -- = 105 -S- = S- = 98.3 messi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi di fluoro

7 In generale: -- = l -- = l = N -N- = = = = 105 LP-LP > LP-coppia di legame > coppia di legame-coppia di legame LP > legame doppio > legame singolo LP = lone pair, doppietto di non legame

8 VSEPR: Numero Sterico 5 I AS: AB 5 senza doppietti di non legame PIRAMIDALE TRIGNALE 120 E E A A 90 E A = posizione assiale E = posizione equatoriale P P 5 l l l P l Pl 5 l As As 5 II AS: AB 4 con un doppietto di non legame A SELLA DI AVALL S S 4 messi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi periferici

9 III AS: AB 3 con due doppietti di non legame A T l l 3 -l- = 87.5 IV AS: AB 2 con tre doppietti di non legame LINEARE I - Xe I I I - I 2 - Xe 2 I 3 - messi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi periferici

10 VSEPR: Numero Sterico 6 I AS: AB 6 senza doppietti di non legame TTAEDRIA S P - Si 2- S 6 P - 6 Si 2-6 II AS: AB 5 con un doppietto di non legame PIRAMIDALE A BASE QUADRATA X X 5 α X = Br α = 84.5 X = I α = 80.9 messi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi di fluoro

11 III AS: AB 4 con due doppietti di non legame PLANARE QUADRATA - I I 4 - messi per chiarezza i doppietti di non legame degli atomi di fluoro

12 VSEPR per Molecole più omplesse 1) gni 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 β α α α = β = gni : numero sterico 3, senza coppie di non legame (pseudo)trigonale E.g. 2: Alcol Etilico gni : numero sterico 4, senza coppie di non legame (pseudo)tetraedrico : numero sterico 4, con 2 coppie di non legame angolare

13 E.g. 3: Acido ianoacetico N : 3 : 4 : legame 6 : numero sterico 2, senza coppie di non legame lineare numero sterico 4, senza coppie di non legame (pseudo)tetraedrico numero sterico 3, senza coppie di non (pseudo)trigonale numero sterico 4, 2 coppie di non legame angolare

14 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 TT, è la somma vettoriale dei momenti dipolari elettrici µ i dei legami che la compongono: µ TT = Σ i µ i

15 Un molecola AB n NN 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.

16 Regola del Parallelogramma l l l l l l Apolare Polare, µ = 1.34 D Polare, µ = 1.90 D l l l l l l Apolare Polare, µ = 2.50 D Polare, µ = 1.72 D

17 l l l l l l l l l l Molto Polare Polare Debolmente Polare 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.

18 MLELA AB µ (D) GEMETRIA MLELA AB 2 µ (D) GEMETRIA 1.78 Lineare Piegata l 1.07 Lineare 2 S 1.62 Piegata Br 0.79 Lineare S Piegata I 0.38 Lineare 2 0 Lineare 2 0 Lineare MLELA AB 3 µ (D) GEMETRIA MLELA AB 4 µ (D) GEMETRIA N Trig. Piramidale 4 0 Tetraedrica N Trig. Piramidale 3 l 1.92 Tetraedrica B 3 0 Trig. Planare 2 l Tetraedrica l Tetraedrica l 4 0 Tetraedrica

19 La polarità dell acqua e i forni a microonde: Le microonde usate in un forno per alimenti hanno frequenza di 2, 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.