GEOMETRIA MOLECOLARE. La struttura di Lewis non fornisce alcuna indicazione sulla forma delle molecole in

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1 GEOMETRIA MOLECOLARE La struttura di Lewis non fornisce alcuna indicazione sulla forma delle molecole in quanto dipende dagli ANGOLI DI LEGAME cioè gli angoli tra le linee che congiungono i nuclei degli atomi nella molecola

2 GEOMETRIA MOLECOLARE La forma della molecola è essenziale nelle proprietà e nella sua di reattività e la struttura di Lewis non fornisce alcuna indicazione sulla struttura tridimensionale della molecola Il legame covalente in cui gli elettroni di legame sono localizzati tra i nuclei dei due atomi legati è DIREZIONALE: il legame ha cioè una precisa orientazione nello spazio tra gli atomi legati

3 Il legame ionico è invece NON-DIREZIONALE: il legame non ha cioè una precisa orientazione nello spazio tra gli atomi legati Chiaramente l orientazione nel legame covalente impartisce alla molecola una forma caratteristica e ne determina la GEOMETRIA MOLECOLARE

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7 MODELLO VSEPR E possibile assegnare una geometria molecolare ad una molecola di cui è nota la formula di Lewis facendo uso del modello chiamato VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion = TEORIA DELLA REPULSIONE DELLE COPPIE DI ELETTRONI DI VALENZA) E un modello semplice che permette di trarre conclusioni corrette sulla geometria molecolare senza spiegare i legami chimici all interno della molecola

8 MODELLO VSEPR E basato sull assunzione che le coppie di valenza di un atomo (cioè i doppietti elettronici più esterni) si dispongono in modo tale da rendere MINIMA la repulsione reciproca, e quindi alla MASSIMA DISTANZA POSSIBILE L atomo centrale sta al centro di una sfera ed i sostituenti sulla sua superficie alla distanza massima

9 MODELLO VSEPR Se si uniscono per una estremità 2, 3 o 4 palloncini questi si dispongono naturalmente come mostrato in figura

10 Per minimizzare le interazioni fra loro, i doppietti elettronici di valenza (carichi negativamente) si dispongono il più lontano possibile l uno dall altro in modo da rendere minima la repulsione = maggiore stabilità L idea di base della VSEPR è che la migliore disposizione di un dato numero di doppietti elettronici è quello che MINIMIZZA LE FORZE DI REPULSIONE TRA LORO

11 Quando scriviamo le strutture di Lewis vi sono i doppietti di legame ed i doppietti di NON LEGAME (IONE PAIRS) La teoria VSEPR prevede che i doppietti solitari tendano ad occupare il volume maggiore rispetto ai doppietti elettronici condivisi (= di legame) ed esercitino una forza repulsiva consequenzialmente più intensa Repulsione tra coppie solitarie> repulsione tra coppie solitarie e coppie di legame> repulsione tra coppie di legame

12 Inoltre nella teoria VSEPR i legami doppi e tripli vengono considerati alla stregua di legami semplici e la geometria della molecola dipende unicamente dal numero dei legami e di coppie solitarie che presentano l atomo centrale (definito STERICO) Numero sterico (NS) = numero dei legami + numero di coppie solitarie

13 Sulla base di semplici considerazioni geometriche si può dimostrare la seguente corrispondenza N di coppie Geometria 2 lineare 3 trigonale planare 4 tetraedrica 5 trigonale bipiramidale 6 ottaedrica In questo conteggio vanno considerate tutte le coppie elettroniche attorno all atomo centrale sia quelle di legame che quelle solitarie

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15 NS = 2 GEOMETRIA LINEARE (AX 2 ) Molecole con due soli legami e nessun doppietto solitario sono LINEARI con le coppie di legame che respingendosi si dispongono equidistanti formando angoli di legame di 180 X-A-X I legami possono essere semplici, doppi o tripli Esempi: BeH 2, CO 2, HCN

16 NS = 3 GEOMETRIA TRIGONALE PLANARE (AX 3, AX 2 E) a) Molecole con tre legami e nessun doppietto solitario (AX 3 ) sono TRIGONALI PLANARI con le coppie di legame equidistanti su di una piano con angoli di legame di 120 Esempi: BCl 3, H 2 CO

17 NS = 3 GEOMETRIA TRIGONALE PLANARE (AX 3, AX 2 E) b) Molecole con due legami ed un doppietto solitario (AX 2 E) risultano angolate con un angolo leggermente inferiore a 120 a causa della repulsione del doppietto solitario sul doppietto di legame

18 NS = 4 GEOMETRIA TETRAEDRICA (AX 4, AX 3 E, AX 2 E 2 ) a) Molecole con quattro legami e nessun doppietto solitario (AX 4 ) risultano TETRAEDRICHE con le coppie di legame disposte equidistanti ed angoli di legame di 109,5 Esempi: CH 4

19 NS = 4 GEOMETRIA TETRAEDRICA (AX 4, AX 3 E, AX 2 E 2 ) b) Molecole con tre legami ed un doppietto solitario (AX 3 E) presentano geometria PIRAMIDALE di derivazione TETRAEDRICA con la coppia solitaria ad un Esempi: NH 3 vertice del tetraedro che comprime gli angoli di legame (con valore minore rispetto alla struttura tetraedrica 107 )

20 NS = 4 GEOMETRIA TETRAEDRICA (AX 4, AX 3 E, AX 2 E 2 ) c) Molecole con due legami e due doppietti solitari (AX 2 E 2 ) presentano geometria angolata di derivazione TETRAEDRICA con le due coppie solitarie ai due vertici del tetraedro che esercitano una forte pressione e comprimono l angolo ad un valore inferiore rispetto a quello caratteristico Esempi: H 2 O ( 104,5 )

21 NS = 5 GEOMETRIA BIPIRAMIDALE TRIGONALE (AX 5, AX 4 E, AX 3 E 2, AX 2 E 3 ) Molecole con cinque legami e nessun doppietto solitario (AX 5 ) risultano BIPIRAMIDALI TRIGONALI con tre legami su un piano (legami equatoriali) a 120 l uno dall altro e gli altri due legami (legami assiali) disposti perpendicolarmente uno sopra e l altro sotto 0il piano equatoriale a formare due grandi piramide a base triangolare Esempi: PCl 5

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23 NS = 6 GEOMETRIA OTTAEDRICA (AX 6, AX 5 E AX 4 E 2, AX 3 E 3, AX 2 E 4 ) Molecole con sei legami e nessun doppietto solitario (AX 6 ) risultano OTTAEDRICHE con quattro legami equatoriali distanziati di 90 e due legami equatoriali Esempi: SF 6

24 NS = 7 GEOMETRIA BIPIRAMIDALE PENTAGONALE (AX 7, AX 6 E, AX 5 E 2, AX 4 E 3, AX 3 E 4, AX 2 E 5 ) Molecole con sette legami e nessun doppietto solitario (AX 7 ) risultano BIPIRAMIDALI con cinque legami equatoriali distanziati di 72 e due legami equatoriali Esempi: IF 7

25 La geometria molecolare si riferisce alla posizione degli atomo e non delle coppie solitarie E quindi determinata direttamente dalla disposizione delle coppie leganti in quanto solo a queste corrisponde un atomo legato all atomo centrale Le coppie solitarie influenzano tuttavia indirettamente la geometria molecolare

26 COME PREVEDERE LA GEOMETRIA DI UNA MOLECOLA 1. Disegnare la struttura secondo Lewis 2. Stabilire il numero di coppie elettroniche che circondano l atomo centrale tenendo presente che un legame multiplo viene equiparato ad una coppia 3. Disporre le coppie elettroniche in modo da minimizzare la repulsione e quindi dedurre la geometria molecolare

27 ESEMPIO: 3 molecole con 4 coppie totali disposte quindi tetraedricamente ma con un diverso numero di coppie leganti:

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