ORBITALI MOLECOLARI
Una molecola è dotata di una serie di orbitali detti orbitali molecolari Gli elettroni risiedono negli orbitali molecolari che, in molti casi, sono distribuiti (delocalizzati) su tutta la molecola
Gli OM si possono interpretare come interferenza costruttiva o distruttiva delle funzioni d onda atomiche Comportamento ondulatorio dell elettrone e
Interferenza delle onde costruttiva o distruttiva
Rafforzamento della probabilità + + Legame + + Antilegame Diminuzione della probabilità
Interferenza costruttiva = Orbitale di legame Le funzioni d onda si sommano punto per punto combinazione in fase (somma)
Interferenza costruttiva = orbitale di legame La somma si eleva al quadrato: probabilità di trovare l elettrone ψ 2 tot ½(ψ A + ψ B ) 2 A B ψ tot2 = ½ (ψ A + ψ B ) 2 = ½ [ψ A2 + 2(ψ A ψ B ) + ψ B2 ] nella zona internucleare la densità elettronica aumenta di + (ψ A ψ B )
Gli atomi ao si muovono o o l uno verso esol altro e le funzioni d onda degli elettroni si sovrappongono con la stessa fase, producendo aumento della densitià elettronica tra i nuclei. L energia del sistema diminuisce.
L aumento di densità elettronica tra i nuclei dovuto alla sovrapposizione in fase riduce l entità della repulsione tra le cariche positive. Un OM di legame sarà a più bassa energia (più stabile) rispetto a due atomi di H isolati.
Interferenza distruttiva = orbitale di antilegame Le funzioni d onda si sottraggono punto per punto combinazione in opposizione di fase (differenza)
Interferenza distruttiva = orbitale di antilegame La differenza si eleva al quadrato: probabilità di trovare l elettrone ψ tot 2 ½ (ψ A - ψ B ) 2 Piano nodale 2 ψ t2 = ½(ψ - 2 tot A ψ B ) = ½ [ψ A2-2(ψ A ψ B ) + ψ B2 ] A B nella zona internucleare la densità elettronica diminuisce di (ψ A ψ B )
E n e r g i a σ 1s σ 1s
H H o.m. di antilegame Gli orbitali sono di tipo σ: simmetria i cilindrica i intorno all asse internucleare Energia H 1s o.m. di legame H 1s
E σ* 1s antilegame legame distanza di legame σ 1s Per l interazione di antilegame l energia aumenta al diminuire della distanza tra i nuclei Per l interazione di legame c è un minimo di energia: la distanza èladistanza di legame, l energia corrispondente è l energia di legame
Orbitale molecolare Combinazione degli orbitali atomici. H 2 σ* 1s 1s ΔE* 1s ΔE σ 1s
ΔE* > ΔE La destabilizzazione dell orbitale di antilega- me è maggiore della stabilizzazione dell or- bitale di legame Perciò una molecola di He 2 è meno stabile di 2 atomi di He (ossia non si forma)
H + H + 2 H 2 σ * 1s σ * 1s 1s 1s 1s 1s σ 1s σ 1s Ordine di legame = 0,5 Ordine di legame = 1
He + oh He 2-2 2 σ* 1s σ* 1s 1s 1s 1s 1s σ 1s σ 1s Odi Ordine di legame = 05 0,5 Odi Ordine di legame = 0
Li Li 2 Li σ* 2s Energ gia 2s σ 2s 2s σ* 1s 1s 1s σ 1s Configurazione elettronica (σ 2 *) 2 2 1s ) (σ 1s (σ 2s )
Be Be 2 Be σ* 2s En nergia 2s σ 2s 2s σ* 1s 1s 1s σ 1s
Combinazione degli orbitali p (sovrapposizione σ): legame σ + 2p pz + antilegame σ 2pz
Combinazione degli orbitali p (sovrapposizione π)
σ* * 2p F 2 π* 2p π 2p Configurazione elettronica: (σ 2s ) 2 (σ 2s *) 2 (σ 2p ) 2 (π 2p *) 4 (π 2p *) 4 σ 2p OL = (1-1+1+2-2) = 1 σ* 2s σ 2s
σ* * 2p O 2 π* 2p π 2p Configurazione elettronica: (σ 2s ) 2 (σ 2s *) 2 (σ 2p ) 2 (π 2p *) 4 (π 2p *) 2 σ 2p OL = (1-1+1+2-1) = 1 σ* 2s σ 2s
Uno dei primi successi della teoria dell orbitale molecolare fu la capacità di spiegare il paramagnetismo di O 2
σ* * 2p O - O 2 π* 2p π 2p Configurazione elettronica: (σ 2s ) 2 (σ 2s *) 2 (σ 2p ) 2 (π 2p *) 4 (π 2p *) 3 σ 2p OL = (1-1+1+2-1,5) = 1,5 σ* 2s σ 2s
σ* 2p Ne 2 π* 2p π 2p Configurazione elettronica: (σ 2 (σ *) 2 (σ 2 (π *) 4 (π *) 4 (σ *) 2 2s ) 2s 2p ) 2p 2p 2p σ 2p OL = (1-1+1+2-2-1) = 0 σ* 2s σ 2s
σ* * 2p F 2 π* 2p π 2p Configurazione elettronica: (σ 2s ) 2 (σ 2s *) 2 (σ 2p ) 2 (π 2p *) 4 (π 2p *) 4 σ 2p OL = (1-1+1+2-2) = 1 σ* 2s σ 2s
σ 2p In O 2, F 2, Ne 2 gli orbitali sono sufficientemente separati π 2p σ 2p Interazione 2s-2p π 2p σ 2s Gli orbitali molecolari l σ 2s e σ 2p interagiscono (ovvero si respingono) σ 2s Risultato: si abbassa la energia di σ2s e si innalza quella di σ 2p B 2, C 2, N 2
Orbitali Molecolari 2p σ * 2p π* 2p 2p orbitali atomici 2s σ * 2s σ 2p π π 2p 2s orbitali atomici 1s σ 2s 1s σ * 1s σ 1s
σ* 2p B 2 π* 2p σ 2p π 2p σ* 2s σ 2s
σ* 2p C 2 π* 2p σ 2p π 2p σ* 2s σ 2s
σ* σ 2p π * 2p 2p N N 2 σ 2p π σ* 2s π 2p σ 2s
Specie Ordine di Lunghezza di Energia di legame legame/ Å legame/kj mol -1 H 2 + 0,5 1.052 256 H 2 1 0.741 436 H 2-0,5-100-200 He 2 0 2.97 0.1* Li 2 1 2.67 101 Be 2 0-4 B 2 1 1.59 289 C 2 2 1.24 599 N 2 3 1.10 942 O 2 2 1.21 493 O 2 + 2,5 1.12 643 O 2-1,5 1.35 395 O 2-2 1 1.49 - F 2 1 1.41 155 Ne 2 0 3.10 0.2* * Energie dovute alle forze di van der Waals.
O 3
ibridizzazione sp 2 dell ossigeno centrale orbitale p puro atomo di O ibridizzazione tre orbitali ibridi idi sp 2
ibridizzazione sp 2 degli ossigeni terminali orbitale p puro atomo di O ibridizzazione tre orbitali ibridi sp 2
Legame π in O 3 si combinano 3 orbitali p = 3 orbitali molecolari π antilegame atomi di O terminali π non legame π legame atomo di O centrale
Legame π in O 3 di antilegame π Ener rgia di non legame π di legame π gli elettroni di legame sono liberi di muoversi lungo la molecola = delocalizzazione
Benzene C 6 H 6
orbitali di antilegame gia Energ orbitali di legame 3 coppie di elettroni
B A A B A B B covalente puro Effetto della elettronegatività A ionico