GEOMETRIA MOLECOLARE

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1 GEOMETRIA MOLECOLARE Ibridazione La teoria VSEPR 1 Ibridazione e geometria molecolare Teoria di Lewis e VB vista finora non sono in grado di descrivere correttamente la geometria di molte molecole anche semplici. H H C H H H H C H H H-C-H = 90 C 2s 1 2p 1 x 2p 1 y 2p 1 z H 1s 1 3 legami equivalenti 2p C con 1s H; 1 legame 2s C con 1s H Sperimentalmente si evidenziano 4 legami C-H uguali con angoli di legame di HCHHH109.5 Orbitali ibridi 2 1

2 Orbitali atomici IBRIDI Orbitali atomici risultanti dalla combinazione lineare di orbitali atomici puri Solo orbitali atomici di energia confrontabile si possono combinare Si ottiene un numero di orbitali atomici ibridi pari al numero di orbitali atomici puri che sono stati combinati Il livello energetico degli orbitali ibridi è intermedio tra quelli degli orbitali atomici puri. 3 Ibridazione sp 3 del CARBONIO Dalla combinazione di 1 orbitale atomico 2s e 3 orbitali atomici 2p si ottengono 4 orbitali ibridi sp 3, fortemente direzionali, orientati verso i vertici di un tetraedro al cui centro si trova l atomo di C 4 2

3 Orbitali atomici ibridi sp 3 (tetraedrici) - Geometria di CH 4 5 Orbitali atomici ibridi sp 3 (tetraedrici) - Geometria di CH 4 6 3

4 Ibridazione sp 3 del CARBONIO E 2p 2s 2(sp 3 ) Stato fondamentale Stato di tetravalenza Stato di ibridazione sp 3 7 NH 3 H 2 O Le coppie solitarie occupano i vertici del tetraedro 8 4

5 Repulsione delle coppie solitarie La presenza di coppie di legame e/o di distribuzione non simmetrica di carica elettronica implica la formazione di geometrie non regolari. 9 Altri orbitali atomici ibridi comprendenti orbitali s e p Ibridi sp 2 Ibridi trigonali piani Angoli 120 Ibridi sp Ibridi digonali Angolo

6 sp sp 2 11 Geometria molecolare sp sp 2 sp 3 dsp 3 d 2 sp

7 sp 3 d sp 3 d 2 13 Energia degli orbitali ibridi E p p p sp 3 s sp 2 sp Stato fondamentale Stato di ibridazione sp 3 Stato di ibridazione sp 2 Stato di ibridazione sp s< sp < sp 2 < sp 3 < p 14 7

8 Geometria molecolare- Etene o etilene (C 2 H 4 ) sp 2 15 Geometria molecolare- Etino o acetilene (C 2 H 2 ) sp 16 8

9 Geometria molecolare - La teoria VSEPR La teoria VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion o teoria della repulsione delle coppie elettroniche del guscio di valenza) Le coppie elettroniche del guscio di valenza presenti sull ATOMO CENTRALE della molecola o dello ione, che possono essere localizzate fra due atomi (coppie di legame) o su un solo atomo (coppia solitaria), tendono a disporsi il più lontano possibile le une dalle altre AB x E y Per ogni legame multiplo si considera una sola coppia elettronica 17 Geometria molecolare - La teoria VSEPR Gruppo I: solo composti ionici Gruppo II: Be 2s 2 2s 1 2p 1 2(sp) 2 BeX 2 AB

10 Geometria molecolare - La teoria VSEPR Gruppo III: MX 3 M = B, Al, Ga, In ns 2 np 1 ns 1 np 2 n(sp 2 ) 3 AB 3 19 Geometria molecolare - La teoria VSEPR Gruppo IV: C 2s 2 2p 2 2s 1 2p 3 2(sp 3 ) 4 CH 4, C 2 H

11 Geometria molecolare - La teoria VSEPR Gruppo IV: C 2s 2 2p 2 2s 1 2p 3 2(sp 2 ) 3 2p 1 C 2 H 4 21 Geometria molecolare - La teoria VSEPR Gruppo IV: C 2s 2 2p 2 2s 1 2p 3 2(sp) 2 2p 2 C 2 H 2, CO

12 Geometria molecolare - La teoria VSEPR AB 3 E Gruppo V: N 2s 2 2p 3 2(sp 3 ) 5 NH 3 Piramide a base triangolare Gruppo V: N NH 3 + H + NH Geometria molecolare - La teoria VSEPR AB 2 E 2 Angolare Gruppo VI: O 2s 2 2p 4 2(sp 3 ) 6 H 2 O AB 3 E 24 12

13 Geometria molecolare - La teoria VSEPR Gruppo VI: S 3s 2 3p 4 3s 1 3p 3 3d 2 SO 3 3s 2 3p 4 3s 2 3p 3 3d 1 SO 2 AB 3 AB 2 E 25 Geometria molecolare - La teoria VSEPR Gruppo VI: S 3s 2 3p 4 3(sp 3 ) 6 H 2 S AB 2 E 2 Angolare 26 13

14 Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza Ione CO 3 2- Geometria trigonale piana Ibridazione sp 2 27 Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza Doppio legame C=O delocalizzato " = a" I + b" II + c" III a = b = c 28 14

15 Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza Benzene C 6 H 6 Geometria trigonale piana Ibridazione sp 2 29 Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza! = a(! I +! II ) + b(! III +! IV +! V ) a > b 30 15

16 Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza E III IV V VI I II VI ΔE! VI = a(! I +! II ) + b(! III +! IV +! V ) 31 Riassumendo La TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA (VB) interpreta il legame chimico nelle molecole e nei composti covalenti a struttura infinita; i punti fondamentali sono: si considerano solo gli elettroni più esterni (quelli di valenza) ogni legame si forma dalla messa in comune di una coppia di elettroni da parte dei due atomi (gli elettroni possono anche provenire entrambi dallo stesso atomo, nel caso del legame covalente dativo) le coppie di elettroni di legame sono localizzate tra i due atomi interessati dal legame esistono legami di tipo σ e legami di tipo π la geometria delle molecole si può prevedere con il modello VSEPR o mediante l introduzione degli orbitali atomici ibridi La teoria VB si trova però in difficoltà: nel descrivere molecole in cui le coppie di elettroni non si comportano come se fossero localizzate fra i vari atomi (artificio della risonanza) nello spiegare le proprietà magnetiche di molte molecole semplici nel descrivere gli stati eccitati delle molecole, quindi nell interpretare le proprietà spettroscopiche 32 16