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CHIMICA, LEZIONE #9
Formule di Lewis
Finora abbiamo incontrato le seguenti formule:
Formula minima
Formula molecolare
HO
Formula di struttura
H2O2
H- O – O - H
Con le formule di Lewis possiamo, invece, descrivere la struttura
molecolare, ossia la descrizione degli elettroni di valenza di ogni atomo e i
legami che si formano. Gli elettroni si indicano con un puntino, i legami
con un trattino.
Per una corretta disposizione, bisogna rispettare alcune regole:
1. Disporre al centro l'elemento meno elettronegativo (questa regola
però non è vincolante; le eccezioni sono molte e quella più comune
è sicuramente H2O).
2. Disporre gli atomi nel modo più simmetrico possibile.
3. Verificare la valenza della molecola.
4. Rispettare la regola dell'ottetto (anche qui numerose eccezioni:
idrogeno e elio non raggiungono mai l'ottetto, ma bastano 2
elettroni; dal terzo periodo in poi gli elementi possono ospitare più
di 8 elettroni, si parla dunque di ottetto espanso).
Dopo aver disposto la molecola, si opta per una forma di controllo: si
calcola la carica formale di ogni atomo, secondo la formula:
c.f.(X) = VX – L/2 – N
dove VX è la valenza dell'atomo, L gli elettroni impegnati in un legame e N
gli elettroni di non legame. A questo punto si preferisce distribuire le
eventuali cariche in modo più prossimo allo 0, che risulta la forma più
stabile per una molecola.
Vediamo alcuni esempi.
Na2O
Valenza della molecola: V(Na2O) = 2 + 6 = 8, abbiamo quindi 8 elettroni da
distribuire. Per le regole sopracitate, la struttura molecolare risulta essere:
Effettuiamo un controllo delle cariche:
c.f.(Na) = VNa – L/2 – N = 1 – 2/2 – 0 = 0
c.f.(O) = VO – L/2 – N = 6 – 4/2 – 4 = 0
La molecola risulta ottimamente bilanciata.
CO2
Gli elettroni da distribuire sono: V(CO2) = 4 + 12 = 16
Proviamo quindi a disegnare la struttura della molecola:
Eseguiamo un controllo delle cariche:
c.f.(C) = VC – L/2 – N = 4 – 4/2 – 0 = 2
c.f.(O) = VO – L/2 – N = 6 – 2/2 – 6 = -1
Come si vede, le cariche divergono fortemente dallo 0, per cui dobbiamo
ricercare una struttura migliore:
c.f.(C) = VC – L/2 – N = 4 – 8/2 – 0 = 0
c.f.(O) = VO – L/2 – N = 6 – 4/2 – 4 = 0
Questa nuova struttura offre la migliore stabilità, poiché le cariche formali
sono tutte pari a 0.
Acido di Lewis
Una specie chimica che è in grado di accettare elettroni nella sua
configurazione si chiama acido di Lewis. Un esempio può essere: BBr3 .
Seguendo le regole per determinare la struttura di Lewis, sappiamo che la
struttura di questa molecola è:
Base di Lewis
Viceversa, si chiama base di Lewis una specie chimica che è in grado di
donare elettroni. Vediamo l'esempio: NH3 .
L'insieme di una base di Lewis e un acido di Lewis si dice complesso, in
cui la base “dona” i propri elettroni all'acido, che li “riceve”.
Formula di risonanza
Può capitare che, nello studio della struttura di Lewis, ci abbattiamo in
molecole del tipo: NO3-.
Ma non possiamo dire a priori su quale atomo vada il doppio legame. Per
cui la struttura corretta sarà l'insieme di tutte le strutture possibili (in questo
caso 3):
E prende il nome di formula di risonanza.