Struttura di Lewis e risonanza

Formule di Struttura delle Molecole Organiche
Costituzione
L’ordine in cui gli atomi di una molecola
sono connessi è chiamata costituzione o
connettività.
La costituzione di una molecola deve
essere determinata per scrivere una
struttura di Lewis.
C
Come scrivere le strutture di Lewis
Step 1: La formula molecolare e le connettività
sono determinate sperimentalmente.
Esempio:
Il nitrito di metile ha formula molecolare
CH3NO2. Tutti gli idrogeni sono legati al
carbonio, e l’ordine delle connessioni
atomiche è CONO.
Come scrivere le strutture di Lewis
Step 2:
Contare il numero degli elettroni di
valenza. Per una molecola neutra, esso
è uguale al numero di elettroni di
valenza degli atomi coinvolti.
Esempio (CH3NO2):
Ogni idrogeno contribuisce con 1
elettrone di valenza. Ogni carbonio con
4, azoto 5, e ogni ossigeno 6 per un
totale di 24.
Come scrivere le strutture di Lewis
Step 3:
Connettere gli atomi attraverso un
legame covalente indicato come una
linea.
Esempio:
il nitrito di metile ha la seguente struttura
parziale: H
H
C
H
O
N
O
Come scrivere le strutture di Lewis
Step 4:
Sottrarre il numero di elettroni dei legami dal
numero totale degli elettroni di valenza.
Esempio:
24 elettroni di valenza – 12 elettroni di legame.
Quindi, 12 elettroni rimanenti da piazzare.
H
H
C
H
O
N
O
Come scrivere le strutture di Lewis
Step 5:
Aggiungere coppie di elettroni in maniera che il
maggior numero di atomi abbia 8 elettroni.
Iniziare con gli atomi più elettronegativi.
Esempio:
I rimanenti 12 elettroni nel nitrito di metile sono
aggiunti come 6 coppie.
H
H
C
H
..
O
..
N
..
..
:
O
..
Come scrivere le strutture di Lewis
Step 6:
Se un atomo non ha l’ottetto completo, usare
coppie elettroni su un atomo adiacente per
formare un doppio o un triplo legame.
Esempio:
L’azoto ha solo 6 elettroni nella struttura
sottostante:
H
H
C
H
..
O
..
N
..
..
:
O
..
Come scrivere le strutture di Lewis
Step 6:
Se un atomo non ha l’ottetto completo, usare
coppie di elettroni su un atomo adiacente per
formare un doppio o un triplo legame.
Esempio:
Tutti gli atomi hanno l’ottetto nella struttura
sottostante:
H
H
C
H
..
O
..
N
..
..
O:
Come scrivere le strutture di Lewis
Step 7:
Calcolare la carica formale.
Esempio:
Nessuno di questi atomi possiede una carica
formale nella seguente struttura di Lewis:
H
H
C
H
..
O
..
N
..
..
O:
Carica Formale
La carica formale è la carica calcolata
per un atomo in una struttura di Lewis
sulla base del calcolo degli elettroni di
valenza .
Acido Nitrico
Carica Formale di H
H
..
O
..
..
O:
N
:
:O
..
Calcoliamo la carica formale di ogni atomo in
questa struttura di Lewis.
Acido Nitrico
Carica formale di H
H
..
O
..
..
O:
N
:
:O
..
•L’idrogeno condivide due elettroni con
l’ossigeno.
•Assegniamo 1 elettrone ad H e 1 a O.
•Un idrogeno neutro ha 1 elettrone.
•Pertanto, la carica formale di H nell’acido
nitrico è 0.
Acido Nitrico
Carica formale di O
H
..
O
..
..
O:
N
:
:O
..
•L’ossigeno ha 4 elettroni coinvolti in legami
covalenti.
•Assegniamo 2 di questi 4 all’ossigeno O.
•L’ossigeno ha due doppietti non condivisi.
Assegniamo questi 4 elettroni all’O.
•Pertanto il numero totale di elettroni è 6.
Acido Nitrico
Carica formale di O
H
..
O
..
..
O:
N
:
:O
..
•Il numero di elettroni di O è 6.
•L’O neutro ha 6 elettroni.
•Pertanto,la carica formale di O è 0.
Acido Nitrico
Carica formale di O
H
..
O
..
..
O:
N
:
:O
..
• Il numero di elettroni dell’ O è 6 (4 non
condivisi+ metà dei 4 legati).
• L’O neutro ha 6 elettroni.
• Pertanto,la carica formale di O è 0.
Acido Nitrico
Carica Formale di O
H
..
O
..
..
O:
N
:
:O
..
•Il numero di elettroni dell’ O è 7 (6 elettroni non
condivisi + metà di 2 elettroni legati).
•Un ossigeno neutro ha 6 elettroni.
•Pertanto, la carica formale di O è -1.
Acido Nitrico
Carica formale di N
H
..
O
..
..
O:
N
–
:
:O
..
•Il numero di elettroni dell’ N è 4 (metà di 8
elettroni coinvolti in legami).
•Un azoto neutro ha 5 elettroni.
•Perciò, la carica formale di N è +1.
Acido Nitrico
Cariche Formali
H
..
O
..
..
O:
N+
–
:
:O
..
•Una struttura di Lewis non è completa se le
eventuali cariche formali non sono messe in
evidenza.
Carica Formale
Una formula matematica per calcolare la carica formale
Carica formale =
numero del gruppo
metà del
–
numero
nella tavola periodica
di elettroni
di legame
–
numero di elettroni
non condivisi
Carica Formale
“Numero di elettroni" e carica
in NH4+ e BF41
H
+
H
5
N
H
Ione ammonio
H
..
: F:
..
– ..
: ..
F B ..F:
: ..F:
7
3
Ione tetrafluoroborato
Esempi di isomeri costituzionali
H
H
C
H
..
O:
N+
–
:
:O
..
Nitrometano
H
H
C
..
O
..
N
..
..
O:
H
Nitrito di metile
Entrambi hanno formula molecolare CH3NO2
ma gli atomi sono connessi in maniera diversa.
Risonanza
Risonanza
due o più strutture di Lewis possono essere scritte
per alcuni composti (o ioni)
Strutture di risonanza del nitrito di metile
stesse posizioni degli atomi
diversa posizione degli elettroni
H
H
C
H
..
O
..
N
..
..
O:
H
struttura di Lewis
più stabile
H
C
+
O
..
N
..
H
struttura di Lewis
meno stabile
.. –
O
.. :
Strutture di risonanza del nitrito di metile
stesse posizioni degli atomi
diversa posizione degli elettroni
H
H
C
H
..
O
..
N
..
..
O:
H
struttura di Lewis
più stabile
H
C
+
O
..
N
..
H
struttura di Lewis
meno stabile
.. –
O
.. :
Perchè scrivere le strutture di risonanza?
Gli elettroni in una molecola sono spesso
delocalizzati tra due o più atomi.
Gli elettroni in una singola struttura di Lewis
sono assegnati ad atomi specifici: una singola struttura
di Lewis è insufficiente a mostrare la delocalizzazione.
L’insieme delle strutture di risonanza descrive
meglio la delocalizzazione elettronica.
Esempio
Ozono (O3)
La struttura di Lewis
dell’ozono ha un legame
••
•O
•
+
O
••
•• •–
O•
••
singolo e uno doppio
Questo presupporrebbe un legame lungo e uno più corto
In realtà i legami sono uguali (1,28 A)
Esempio
Ozono (O3)
La struttura di Lewis
dell’ozono ha un legame
singolo e uno doppio
••
•O
•
+
O
•• •–
O•
••
••
Risonanza:
••
•O
•
+
O
••
•• •–
O•
••
– ••
•O
• ••
+
O
••
O ••
••