Il legame chimico II: la geometria molecolare e l ibridizzazione degli orbitali atomici. Capitolo 10

Transcript

1 Il legame chimico II: la geometria molecolare e l ibridizzazione degli orbitali atomici Capitolo 10

2 Legame tra un derivato del Buckyball e il sito dell HIV-Protease

3 Repulsione delle coppie di elettroni nel livello di valenza: modello (VSEPR) Prevede la geometria della molecole basandosi sulle repulsioni elettrostatiche tra coppie di elettroni (leganti e non leganti). Classe # di atomi legati all atomo centrale # di coppie solitarie sull atomo centrale AB Disposizione delle coppie di elettroni lineare Geometria molecolare lineare B B

4 Cloruro di Berillio 0 coppie solitarie sull atomo centrale Cl Be Cl 2 atomi legati all atomo centrale

5 Classe # di atomi legati all atomo centrale VSEPR # di coppie solitarie sull atomo centrale Disposizione delle coppie di elettroni Geometria Molecolare AB lineare lineare AB trigonale planare trigonale planare

6 Trifluoruro di Boro

7 Classe # di atomi legati all atomo centrale VSEPR # di coppie solitarie sull atomo centrale AB lineare lineare AB Disposizione delle coppie di elettroni trigonale planare Geometria Molecolare trigonale planare AB tetraedrica tetraedrica

8 Metano

9 Classe # di atomi legati all atomo centrale VSEPR # di coppie solitarie sull atomo centrale AB lineare lineare AB trigonale planare trigonale planare AB tetraedrica Tetraedrica AB Disposizione delle coppie di elettroni trigonale bipiramidale Geometria Molecolare trigonale bipiramidale

10 Pentacloruro di Fosforo

11 Classe # di atomi legati all atomo centrale VSEPR # di coppie solitarie sull atomo centrale AB lineare lineare AB trigonale planare trigonale planare AB tetraedrica tetraedrica AB Disposizione delle coppie di elettroni trigonale bipiramidale Geometria Molecolare trigonale bipiramidale AB ottaedrica ottaedrica 10.1

12 Esafluoruro di Zolfo

13

14 repulsione coppia solitaria vs. coppia solitaria repulsione coppia solitaria vs. coppia di legame > > repulsione coppia di legame vs. coppia di legame

15 Classe # di atomi legati all atomo centrale AB AB 2 E 2 1 VSEPR # di coppie solitarie sull atomo centrale Disposizione delle coppie di elettroni trigonale planare trigonale planare Geometria Molecolare trigonale planare angolare

16 VSEPR Classe # di atomi legati all atomo centrale # di coppie solitarie sull atomo centrale Disposizione delle coppie di elettroni Geometria Molecolare AB tetraedrica tetraedrica AB 3 E 3 1 tetraedrica trigonale piramidale

17 VSEPR Classe # di atomi legati all atomo centrale # di coppie solitarie sull atomo centrale Disposizione delle coppie di elettroni Geometria Molecolare AB tetraedrica tetraedrica AB 3 E 3 1 tetraedrica trigonale pyramidale AB 2 E tetraedrica angolare H O H

18 VSEPR Classe # di atomi legati all atomo centrale # di coppie solitarie sull atomo centrale AB AB 4 E 4 1 Disposizione delle coppie di elettroni trigonale bipiramidale trigonale bipiramidale Geometria Molecolare trigonale bipiramidale tetraedro distorto

19 Classe # di atomi legati all atomo centrale AB AB 4 E 4 1 VSEPR # di coppie solitarie sull atomo centrale Disposizione delle coppie di elettroni trigonale bipiramidale trigonale bipiramidale Geometria Molecolare trigonale bipiramidale tetraedro distorto AB 3 E trigonale bipiramidale Forma a T F F Cl F

20 VSEPR Classe # di atomi legati all atomo centrale # di coppie solitarie sull atomo centrale AB AB 4 E 4 1 AB 3 E AB 2 E Disposizione delle coppie di elettroni trigonale bipiramidale trigonale bipiramidale trigonale bipiramidale trigonale bipiramidale Geometria Molecolare trigonale bipiramidale tetraedro distorto Forma a T lineare I I I

21 Classe # di atomi legati all atomo centrale VSEPR # di coppie solitarie sull atomo centrale Disposizione delle coppie di elettroni AB ottaedrica ottaedrica AB 5 E 5 1 ottaedica Geometria Molecolare quadrato piramidale F F F F Br F

22 Classe # di atomi legati all atomo centrale VSEPR # di coppie solitarie sull atomo centrale Disposizione delle coppie di elettroni AB ottaedrica ottaedrica AB 5 E 5 1 ottaedrica AB 4 E ottaedrica Geometria Molecolare quadrato piramidale quadrato planare F F Xe F F

23

24 Determinare la Geometria Molecolare 1. Scrivi la struttura di Lewis della molecola. 2. Conta il numero di coppie solitarie sull atomo centrale e il numero di atomi legati all atomo centrale. 3. Usa il modelllo VSEPR per determinare la geometria della molecola Quali sono le geometrie molecolari di SO 2 e SF 4? O S O F AB 4 E AB 2 E Angolare F S F F tetraedro distorto

25 Momenti di dipolo e molecole polari regione povera di elettroni H regione ricca di elettroni F δ+ δ- µ = Q x r Q è la carica r è la distanza tra le cariche 1 D = 3.36 x C m

26 Comportamento delle molecole polari

27 Momento di dipolo risultante = 1.46 D Momento di dipolo risultante = 0.24 D

28 Quali delle seguenti molecole ha un momento dipolare? H 2 O, CO 2, SO 2, ech 4 O momento di dipolo molecola polare S momento di dipolo molecola polare H O C O H C H nessun momento di dipolo molecola apolare H nessun momento di dipolo molecola apolare

29 Il BF 3 ha un momento di dipolo?

30 Il CH 2 Cl 2 ha un momento di dipolo?

31

32 Chimica in Azione: Forni a microonde direzione dell onda Campo elettrico della microonda ventola magnetrone anodo catodo magnete

33 In che modo la teoria di Lewis spiega I legami in H 2 e F 2? Condivisione di due elettroni tra due atomi. Energia di dissociazione di legame H kj/mole Lunghezza di legame 74 pm Sovrappos izione 2 1s F kj/mole 142 pm 2 2p Teoria del legame di valenza I legami sono formati dalla condivisione di e - ottenuta mediante sovrapposizione di orbitali atomici.

34 Variazione dell Energia Potenziale di due atomi di idrogeno in funzione della distanza di separazione

35 Variazione della densità elettronica durante l avvicinamento di due atomi di idrogeno.

36 Teoria del legame di valenza e NH 3 N 1s 2 2s 2 2p 3 3 H 1s 1 Se il legame si forma dalla sovrapposizione di 3 orbitali 2p dell azoto con l orbitale 1s di ciascun atomo di idrogeno, quale dovrebbe essere la geometria di NH 3? se uso i 3 orbitali 2p prevedo 90 0 Effettivamente l angolo di legame H-N-H è

37 Ibridizzazione mescolamento di due o più orbitali atomici a formare un nuovo set di orbitali ibridi. 1. Mescolare almeno 2 orbitali atomici nonequivalenti (e.g. s and p). Gli orbitali ibridi hanno delle forme molto diverse dagli orbitali atomici originari. 2. Il numero degli orbitali ibridi è uguale al numero degli orbitali atomici utilizzati nel processo di ibridizzazione. 3. I legami covalensti sono formati dalla: a. Sovrapposizione di orbitali ibridi con orbitali atomici b. Sovrapposizione di orbitali ibridi con altri orbitali ibridi

38 Formazione di orbitali ibridi sp 3 Ibridizzazione

39 Formazione di legami covalenti

40 Atomo di N ibridizzato sp 3 in NH 3 Determina l angolo di legame corretto

41 Formazione di orbitali ibridi sp Ibridizzazione

42 Formazione di Orbitali Ibridi sp 2 Ibridizzazioni

43 Come posso determinare l ibridizzazione dell atomo centrale? 1. Scrivi la struttura di Lewis della molecola. 2. Conta il numero di coppie solitarie e il numero di atomi legati all atomo centrale # di Coppie Solitarie + # di Atomi Legati Ibridizzazione sp sp 2 sp 3 sp 3 d sp 3 d 2 Esempi BeCl 2 BF 3 CH 4, NH 3, H 2 O PCl 5 SF 6

44

45 Ibridizzazione sp2 dell atomo di carbonio Stato fondamentale Promozione di elettroni Stato ibridizzato sp 2 orbitali sp 2

46 L orbitale 2p z è perpendicolare alpiano degli orbitali ibridi

47 Legami nell etilene Legame Pi greco (π) densità elettronica sopra e sotto il piano dei nuclei degli atomi legati Legame sigma (σ) densità elettronica tra I 2 atomi

48

49 Ibridizzazione sp dell atomo di carbonio Stato fondamentale Promozione di elettroni Stato ibridizzato sp 2 orbitali sp

50

51 Descrivi il legame in CH 2 O. H H C O C 3 atomi legati, 0 lone pairs C sp 2

52 Legami Sigma (σ) and Pi greco (π) Legame singolo 1 legame sigma Legame doppio 1 legame sigma e 1 legame pi greco Legame triplo 1 legame sigma e 2 legami pi greco Quanti legami σ e π sono presenti nella molecola di acido acetico (aceto) CH 3 COOH? H H C H O C O H legami σ = = 7 legami π = 1

53 Gli esperimenti mostrano che O 2 è paramagnetico O O Nessun e - spaiato Dovrebbe essere diamagnetico Teoria degli orbitali Molecolari I legami sono formati dall interazione di orbitali atomici a formare orbitali molecolari.

54 Livelli energetici degli orbitali molecolari leganti e antileganti nella molecola di idrogeno (H 2 ). Un orbitale molecolare legante ha energia più bassa e maggiore stabilità degli orbitali atomici di provenienza. Un orbitale molecolare antilegante ha energia più alta ed è meno stabile degli orbitali atomici da cui è formato.

55 Interferenze costruttive e distruttive tra due onde della stessa lunghezza d onda e ampiezza

56

57 Due possibili interazioni tra due orbitali p equivalenti

58

59 Configurazioni di Orbiotali Molecolari (MO) 1. Il numero di orbitali molecolari formato è sempre uguale al numero di orbitali atomici combinati. 2. Tanto più è stabile un MO legante tanto più sara poco stabile il suo corrispondente MO antilegante. 3. Il riempimento degli MO procede da quelli a più bassa energia a quelli a energia più alta. 4. Ogni MO può ospitare finoa due elettroni. 5. Quando si addizionano elettroni a MO della stessa energia si segue la regola di Hund. 6. Il numero di elettroni negli MO è uguale alla somma di tutti gli elettroni degli atomi leganti.

60 ordine di legame= 1 2 Numero di elettroni in MO leganti numero di elettroni in MO antileganti ( - ) ordine di legame ½ 1 ½ 0

61

62 Gli orbitali molecolari delocalizzati non sono confinati tra due atomi adiacenti legati ma si estendono tra tre o più atomi.

63 Densità elettronica sopra e sotto il piano della molecola di benzene.

64 Legame nello ione carbonato

65 Chimica in Azione: Buckyball?