8. orbitali molecolari [modalità compatibilità] · tre orbitali ibridi sp g. micera - chimica...
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ORBITALI ORBITALI
MOLECOLARIMOLECOLARI
Una molecola è dotata di unaUna molecola è dotata di una serie di orbitali detti
orbitali molecolari
Gli elettroni risiedono negli orbitali molecolari che in molti casi sono distribuitimolecolari che, in molti casi, sono distribuiti
(delocalizzati) su tutta la molecola
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
Gli OM si possono interpretare come interferenza costruttiva o distruttiva delle funzioni d’onda
atomiche
Comportamento ondulatorioComportamento ondulatoriodell’elettrone
ee
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
Interferenza delle ondecostruttiva o distruttiva
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
Rafforzamento della probabilità
+ + Legame+ + Legame
++ Antilegame
Diminuzione della probabilità
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
Interferenza costruttiva = Orbitale di legameLe funzioni d’onda si sommano punto per punto
combinazione in fase(somma)(somma)
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
Interferenza costruttiva = orbitale di legameInterferenza costruttiva = orbitale di legame
La somma si eleva al quadrato: probabilità di trovareLa somma si eleva al quadrato: probabilità di trovare l’elettrone
ψtot2 = ½ (ψA + ψB)2 =
½ (ψA + ψB)2
2
½ [ψA2 + 2(ψA ψB) + ψ B
2 ]A B
ψtot2
nella zona internucleare la densità elettronica aumenta di + (ψA ψB)
A B
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Gli atomi si muovono l’uno verso l’altro e le funzioniG a o s uo o o u o e so a o e e u o
d’onda degli elettroni si sovrappongono con la
stessa fase, producendo aumento della densitià
elettronica tra i nucleielettronica tra i nuclei.
L’energia del sistema diminuisce.
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L’aumento di densità elettronica tra i nucleidovuto alla sovrapposizione in fase riducel’entità della repulsione tra le cariche positive.
Un OM di legame sarà a più bassa energiaUn OM di legame sarà a più bassa energia(più stabile) rispetto a due atomi di H isolati.
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
Interferenza distruttiva = orbitale di antilegame
Le funzioni d’onda si sottraggono punto per punto
combinazione in opposizione di fase(differenza)( )
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
Interferenza distruttiva = orbitale di antilegameInterferenza distruttiva = orbitale di antilegame
La differenza si eleva al quadrato: probabilità di trovareLa differenza si eleva al quadrato: probabilità di trovare l’elettrone
½ (ψ ψ )2
ψt t2 = ½ (ψA - ψB)2 =
½ (ψA - ψB)2
Piano nodale
2 ψtot ½ (ψA ψB) ½ [ψA
2 - 2(ψA ψB) + ψ B2 ]
ψtot2
nella zona internucleare la densità elettronica diminuisce di (ψA ψB)
A B
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EEne
σ1s
rgiia
σ1s
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H — H Gli orbitali sono di tipoi t i ili d iσ: simmetria cilindricaintorno all’asseinternucleareinternucleare
o.m. di antilegame
H1s H1s
Energia
H1s H1so.m. di legame
g
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Per l’interazione di antilegame l’energia
E
aumenta al diminuiredella distanza tra i nuclei
σ*1s
antilegamePer l’interazione di
1s
legame
legame c’è un minimo di energia: la distanza è la distanzaσ1s
distanza di legame
legame la distanza è la distanzadi legame, l’energiacorrispondente è
1s
distanza di legamel’energia di legame
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Orbitale molecolareOrbitale molecolareCombinazione degli orbitali atomici.
H22 σ*1s
1s 1sΔE*
ΔE
σ1s
ΔE* > ΔE
La destabilizzazione dell’orbitale di antilega-La destabilizzazione dell orbitale di antilegame è maggiore della stabilizzazione dell’or-bitale di legamebitale di legame
Perciò una molecola di He2 è meno stabiledi 2 atomi di He (ossia non si forma)( )
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H + HH2+ H2
* *σ*1s σ*
1s
1s1s 1s1s
σ1s σ1s
Ordine di legame = 1Ordine di legame = 0,5
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HeHe + o H - He2He2+ o H2
-
σ*1s σ*1s
1s1s 1s1s
σ1s σ1s
O di di l 0O di di l 0 5
σ1s
Ordine di legame = 0Ordine di legame = 0,5
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
Li LiLi22
σ*2s
gia 2s 2s
σ
2s
Ener
g σ2s
σ*1s
1s 1s
σ1s
Configurazione elettronica(σ1 )2(σ1 *)2(σ2 )2(σ1s) (σ1s ) (σ2s)
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
Be BeBe2
σ*2s
nerg
ia2s 2s
σ2sEn
1s 1s
σ*1s
1s 1s
σ1s
Combinazione degli orbitali p(sovrapposizione σ):(sovrapposizione σ):
+legame
σ2pz+ pz
+antilegame
σ∗2pz
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Combinazione degli orbitali p (sovrapposizione π)
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
*
F
σ*2p
F2 π*2p
π2p
σ2pConfigurazione elettronica:
(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p*)4(π2p*)4
σ*2sOL = (1-1+1+2-2) = 1
σσ2s
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
*
O
σ*2p
O2 π*2p
π2p
σ2pConfigurazione elettronica:
(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p*)4(π2p*)2
σ*2sOL = (1-1+1+2-1) = 1
σσ2s
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Uno dei primi successi della teoria dell’orbitale molecolare fu la capacità di spiegare il
paramagnetismo di O2
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*
O -
σ*2p
O2 π*2p
π2p
σ2pConfigurazione elettronica:
(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p*)4(π2p*)3
σ*2sOL = (1-1+1+2-1,5) = 1,5
σσ2s
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N
σ*2p
Ne2 π*2p
π2p
Configurazione elettronica:(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p*)4(π2p*)4 (σ2p*)2 σ2p( 2s) ( 2s ) ( 2p) ( 2p ) ( 2p ) ( 2p )
σ*2sOL = (1-1+1+2-2-1) = 0
σσ2s
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*
F
σ*2p
F2 π*2p
π2p
σ2pConfigurazione elettronica:
(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p*)4(π2p*)4
σ*2sOL = (1-1+1+2-2) = 1
σσ2s
σ2p
In O F Ne gliπ2p
π2pIn O2, F2, Ne2 gli
orbitali sono sufficientemente
ti σ2pseparati
Interazione 2s-2p
σ2s
Gli bi li l l i σ2s
Gli orbitali molecolari σ2s e σ2p interagiscono (ovvero si
respingono)
Risultato: si abbassa la energia di σ2s e si innalza
B2, C2, N2g 2s
quella di σ2p
Orbitali Molecolari
2p2p *
σ*2p
2p
πσ2p
π 2p
orbitaliorbitali2s2s
σ*
π2p
atomiciorbitaliatomici
σ 2s
1s1s*
σ2s
σ*1s
σ1s
B2
σ*2p
B2π*2p
σ2p
π2p
σ*2s
σσ2s
G. Micera - Chimica Generale ed Inorganica
σ*2p
C2 π*2p2
σ2p
π2p
σ*2s
σ2s
σ*2σ 2p
π *2p
N σ2p
2p
N22p
π
σ*2s
π2p
σ2s
Specie Ordine di Lunghezza di Å
Energia di legame legame/ Å legame/kJ mol-1
H2+ 0,5 1.052 256
H 1 0 741 436H2 1 0.741 436H2
- 0,5 - 100-200He2 0 2.97 0.1*Li2 1 2.67 101Be2 0 - 4B2 1 1.59 289C2 2 1.24 599N2 3 1.10 942O2 2 1.21 493O2
+ 2,5 1.12 643O2
- 1,5 1.35 395O2
2- 1 1.49 -O2 9F2 1 1.41 155
Ne2 0 3.10 0.2** Energie dovute alle forze di van der WaalsEnergie dovute alle forze di van der Waals.
OO3
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ibridizzazione sp2ibridizzazione spdell’ossigeno centrale
orbitale p puro
ibridizzazionet bit li ib idi 2
atomo di Otre orbitali ibridi sp2
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ibridizzazione sp2 degliibridizzazione sp degli ossigeni terminali
orbitale p puroorbitale p puro
ibridizzazionetre orbitali ibridi sp2
atomo di Op
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Legame π in O3
si combinano 3 orbitali p = 3 orbitali molecolarisi combinano 3 orbitali p 3 orbitali molecolari
π antilegame g
π non legameatomi di O terminali
atomo di O centrale
π non legame
terminaliπ legame
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Legame π in O3
di antilegame π
di non legame πrgia g
Ene
r
di legame π
gli elettroni di legame sono liberi di muoversi lungo la molecola = delocalizzazione
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Benzene C6H6
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orbitali di antilegame
gia
Ene
rg
orbitali di legame
3 coppie di elettroni
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B
A
BAA
B
B
A
covalente ionicoEffetto della covalentepuro elettronegatività
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