Legame e struttura molecolare

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1 CCS Biologia CCS-Scienze Geologiche 1 Legame e struttura molecolare Orbitali atomici Molecole Cap , 15-16, 18, 21-23, 40

2 CONSIDERAZIONI PRELIMINARI 2 Le strutture di Lewis e la teoria VSEPR - non spiegano l origine del legame chimico. - non spiegano la forma delle molecole sulla base della meccanica quantistica. - non spiegano quali siano gli orbitali coinvolti nella formazione del legame chimico.

3 Il legame secondo la teoria del legame di valenza 3 La teoria del legame di valenza integra il modello di Lewis mettendo in relazione il legame fra due atomi con gli orbitali atomici che descrivono gli elettroni implicati nel legame stesso Ciò che nella teoria di Lewis è descritto come condivisione di una coppia di elettroni, nella teoria del legame di valenza diventa sovrapposizione di idonei orbitali atomici.

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6 Orbitali Ibridi 6 BF 3 Come spiegare l esistenza di 3 legami a 120 o? La teoria del legame di valenza impiegando solo orbitali s e p puri, non permette una simile geometria. 109 o C 4 In questa molecola sono presenti 4 legami sigma C- a 109 o l un l altro.

7 Legame di Valenza - Orbitali ibridi 7 L'ibridazione degli orbitali è introdotta per spiegare le geometrie molecolari sperimentalmente osservate (es. BF 3, C 4 ) e non riconducibili alla semplice sovrapposizione di orbitali atomici di tipo s, p o d. Si ammette che gli orbitali atomici di un dato atomo si combinino tra loro per dare origine a nuovi set di orbitali (orbitali ibridi). L'orientazione degli orbitali ibridi che si ottengono in tal modo dipende dal tipo e dal numero degli orbitali atomici combinati. Il numero di orbitali ibridi è uguale al numero totale di orbitali atomici che sono stati combinati.

8 Ibridazione sp 2 per l atomo di carbonio (disposizione trigonale-planare) E 2p E 2s 2p sp 2 8 1s 1s Carbonio stato fondamentale Ibrido sp 2 2p z 2p z π C σ C C 2 4 C C

9 9 Legame in BF 3 Un orbitale p di un atomo di F si sovrappone ad un orbitale ibrido sp 2 per formare un legame σ B-F. F!! B F F 2009 Brooks/Cole - Cengage

10 Ibridazione sp 3 (disposizione tetraedrica) Es. C s p p y x p z C Brooks/Cole - Cengage

11 Ibridazione sp per l atomo di azoto E 2s 2p E 2p sp 11 1s 1s Stato fondamentale Ibrido sp 2p z π 2p z π σ x 2p y 2p y N N N N 2009 Brooks/Cole - Cengage

12 12 Legami multipli in C 2 4 Click movie to play

13 Esempio di ibridazione sp (disposizione lineare) 13 CO 2 2p z 2p z 2p z π σ O C O π σ x 2p y 2p y 2p y O C O (sp)

14 Il fenomeno dell'interferenza è un fenomeno dovuto alla sovrapposizione, in un punto dello spazio, di due o più onde." 14 Le onde in concordanza di fase danno origine a un fenomeno di interferenza costruttiva (ampiezza maggiore) Le onde in opposizione di fase danno origine a un fenomeno di interferenza distruttiva (ampiezza minore)

15 Teoria dell Orbitale Molecolare Robert Mullikan Questa teoria spiega alcune proprietà molecolari che risultano difficili da giustificare con la teoria del Legame di Valenza. 15 Nella teoria MO (Molecular Orbitals) gli elettroni di legame in una molecola sono descritti da orbitali molecolari non localizzati fra coppie di atomi, ma estesi su tutta la molecola. La forma più usata della teoria MO è quella in cui gli orbitali molecolari vengono espressi come combinazioni lineari di orbitali atomici (LCAO-MO)

16 Teoria dell Orbitale Molecolare 16 Dalla combinazione di due orbitali atomici si formano gli orbitali molecolari (MO) di legame e antilegame

17 Idrogeno molecolare ordine di legame 17 Ordine di legame = 1/2 (n. di e leganti n. di e antileganti. Più è elevato l ordine di legame più il legame è forte.

18 Gli ioni 2 + e 2 ordine di legame 18 Ordine di legame = 1/2(1-0) = 1/2 Ordine di legame = 1/2(2-1) = 1/2 σ stabile σ stabile 1s 1s 1s 1s AO of σ MO of 2 + AO of Configurazione (σ 1s ) 1 AO of AO of - σ MO of 2 - Configurazione (σ 1s ) 2 (σ 1s ) 1 Gli elettroni della molecola vengono assegnati agli MO di energia via via crescente.

19 Legami sigma dalla sovrapposizione di orbitali p (orientati lungo l asse di legame) 19 Legami π dalla sovrapposizione di orbitali p (perpendicolari al legame sigma)

20 Diagramma dei livelli di energia orbitali σ e π 20

21 MO azoto MO ossigeno 21

22 Configurazioni elettroniche per molecole biatomiche omonucleari 22