3b. LEGAME CHIMICO, parte seconda:

La geometria molecolare
3b. LEGAME CHIMICO,
parte seconda:
Forma e struttura delle molecole
La struttura di Lewis non dà informazioni sulla
forma delle molecole
AA1011 IN L3b p1!
The Valence Shell Electron Pair Repulsion
Model (VSEPR)
ovvero Electron Domains Model (ED)
AA1011 IN L3b p2!
4"Gli atomi sono legati da coppie di elettroni
4"le coppie di elettroni (di legame o di non legame) tendono a
respingersi
4"massima distanza tra le coppie elettroniche ! angoli di
legame e forma della molecola
4"le coppie di elettroni di non legame (coppie solitarie)
appartengono interamente allo strato di valenza di un
particolare atomo e occupano più spazio rispetto alle coppie di
elettroni di legame
N.B. metodo QUALITATIVO
Regole VSEPR
AA1011 IN L3b p3!
AA1011 AA0809
IN L3b p4!
L3bp4
molecole AXn " no coppie solitarie
Geometria molecolare
Lewis
lineare
AX2
triangolare planare
AX3
BeCl2
bipiramide a base
triangolare* AX5
AX4
CH4
BF3
ottaedrica
tetraedrica
AX6
A: atomo centrale
X: atomo legante
PCl5
AA1011 IN L3b p5!
molecole AXnEm " coppie solitarie
AX4E
AX2E3
AX3E2
ClF3
SF4
IF5
AA1011 IN L3b p6!
NB: forma della
disposizione
elettroni legame
e non legame è
diversa dalla
forma
molecolare
XeF2
AX4E2
AX5E
*ovvero trigonale bipiramidale
SF6
A: atomo centrale
X: atomo legante
E: coppia solitaria
XeF4
AA1011 IN L3b p7!
Es: le tre forme
molecolari della
disposizione
ottaedrica
dei gruppi di
elettroni
AA1011 IN L3b p8!
Numero delle
coppie
VSEPR è qualitativamente valido
anche per le molecole
trigonale
etano
etanolo
AA1011 AA0809
IN L3b p9!
L3bp9
OSSA: composti ionici poliatomici, Ca3(PO4)2
AA1011 IN L3b p10!
Polarità di una molecola (biatomica)
Un legame covalente polare fra due atomi determina
una distribuzione asimmetrica di carica sbilanciata
sull’atomo + elettronegativo
La coppia di atomi forma un DIPOLO
ELETTRICO
Es: HF
NB: i legami fra O e P nell’anione fosfato sono covalenti, il
legame fra il catione calcio e lo ione fosfato è ionico
AA1011 IN L3b p11!
Freccia rivolta verso polo negativo, ovvero
verso atomo + elettronegativo
AA1011 IN L3b p12!
Orientamento delle molecole polari
(biatomiche) in un campo elettrico
In generale: il dipolo di una molecola è dato
dalla somma vettoriale dei dipoli di tutti i legami
AA1011 IN L3b p13!
AA1011 IN L3b p14!
H2O e microonde (MW)
AA1011 IN L3b p15!
AA1011 IN L3b p16!
AA1011 IN L3b p17!
AA1011 IN L3b p18!
AA1011 IN L3b p19!
AA1011 IN L3b p20!
AA1011 IN L3b p21!
AA1011 IN L3b p22!
Il modello VSEPR permette di predire la geometria
molecolare ma NON spiega perchè si ha il legame
Teoria completa (Pauling)
del legame di valenza (VB)
Associare l’idea di Lewis delle coppie di e- di
legame con l’accoppiamento di orbitali atomici
(Pauling, quanto-meccanica):
la sovrapposizione (ricoprimento) di orbitali di
due atomi permette a due e- con spin opposto di
condividere lo spazio fra i due nuclei, formando il
legame covalente
AA1011 IN L3b p23!
AA1011 IN L3b p24!
L’asse internucleare è l’asse che passa fra i due nuclei
I legami con orbitali orientati lungo asse
internucleare sono detti !"
Nei legami # gli orbitali si sovrappongono di fianco e
gli elettroni si distribuiscono in due lobi, uno per
ciascun lato dell’ asse internucleare
AA1011 IN L3b p25!
AA1011 IN L3b p26!
BeF2
Sovrapposizione degli
orbitali con appaiamento
degli spin e formazione di
legami ! in tre molecole
biatomiche
Configurazzione dello stato
fondamentale del Be
PROMOZIONE: eccitazione di
un elettrone ad un orbitale di
energia suoeriore
IBRIDIZZAZIONE:
mescolamento dell’orbitale 2s
e di un orbitale 2p
Meccanica quantistica: la distribuzione della densità elettronica dell’atomo
promosso può essere descritta sia in termini di due elettroni presenti uno
in un orbitale s e l’altro in un orbitale p, che in termini di due elettroni
disposti in due orbitali ottenuti mescolando un orbitale s ed un orbitale p
AA1011 IN L3b p27!
AA1011 IN L3b p28!
BF3
lineare
AX2
AA1011 IN L3b p29!
AA1011 IN L3b p30!
CH4
sp2
triangolare planare
AX3
AA1011 IN L3b p31!
AA1011 IN L3b p32!
sp3
tetraedrica
AX4
AA1011 IN L3b p33!
AA1011 IN L3b p34!
H 2O
AA1011 IN L3b p36!
PCl5
NH3
sp3d
bipiramide a base
triangolare* AX5
giustificazione
ottetto espanso
AA1011 IN L3b p37!
AA1011AA0809
IN L3b L3bp38
p38!
SF6
sp3d2
ottaedrica
AX6
giustificazione ottetto espanso
AA1011 IN L3b p39!
AA1011 IN L3b p40!
I legami ! nell’etano (C2H6)
(ogni C ibridizza sp3)
AA1011 IN L3b p41!
Etene o etilene (C2H4)
!"
!"
#"
#"
AA1011 IN L3b p42!
#"
!"
!"
!"
!"
sperimentalmente:
- molecola planare;
- rotazione inibita;
- legame C-CAA1011
“corto”;
IN L3b p43!
AA1011 IN L3b p44!
Etino o acetilene (C2H2)
Benzene
AA1011 IN L3b p45!
AA1011 IN L3b p46!
In generale:
4"un legame singolo è dato da un legame !
4"un legame doppio da un legame ! e uno #
4"un legame triplo da un legame ! e due #
AA1011 IN L3b p47!
AA1011 IN L3b p48!
La teoria VB assume che che gli atomi che formano una
molecola conservino intatta la struttura elettronica
interna, e che si leghino fra loro mediante elettroni esterni
(o di valenza) dando luogo a legami fra coppie di atomi che
costituiscono la struttura portante della molecola
La teoria MO assume che nella formazione della molecola gli
atomi non conservino la loro identità elettronica, ma che tutti
gli elettroni si distribuiscano su nuovi orbitali, detti
molecolari, estesi a tutta la molecola. Nel modello MO la
struttura della molecola è concepita in modo analogo a quella
dell’atomo. Nell’atomo esiste un nucleo attorno al quale gli
elettroni sono distribuiti su orbitali atomici monocentrici. Nella
molecola esiste un insieme di nuclei attorno ai quali sono
distribuiti su orbitali molecolari policentrici gli elettroni che
appartenevano ai singoli atomi che la costituiscono
(CENNI della) TEORIA degli
ORBITALI MOLECOLARI (MO)
Orbitali molecolari dalla
combinazione di orbitali atomici:
prima si generano gli OM poi si
aggiungono gli e-.
MO è la teoria + efficiente, ma anche + complessa
AA1011 IN L3b p49!
AA1011 IN L3b p50!
Molecole biatomiche omonucleari
AA1011 IN L3b p51!
AA1011 IN L3b p52!
H2
AA1011 IN L3b p53!
AA1011 IN L3b p54!
Paramagnetismo di O2
Li2" N2
AA1011 IN L3b p55!
AA1011 IN L3b p56!
Molecole biatomiche eteronucleari
O2e F2
AA1011 IN L3b p57!
AA1011 IN L3b p58!
AA1011 IN L3b p59!
AA1011 IN L3b p60!
HF
Teoria delle bande nei solidi
Conduttore (metallico)
Isolante (band gap grande)
e semiconduttore (band
gap piccolo)
AA1011 IN L3b p61!
La (famosa) giunzione p-n
AA1011 IN L3b p63!
Semiconduttore di tipo n
(drogato negativo)
Semiconduttore di tipo p
(drogato positivo)
AA1011 IN L3b p62!