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1
1
GEOMETRIA MOLECOLARE
Ibridazione La teoria VSEPR
2
Ibridazione e geometria molecolareTeoria di Lewis e VB vista finora non sono in grado didescrivere correttamente la geometria di molte molecole anchesemplici.
H
C H
H
H
H 1s1
C 2s1 2px1 2py
1 2pz1
C HH H
H
H-C-H = 90°
3 legami equivalenti 2p C con 1s H;1 legame 2s C con 1s H
HCHHH109.5°
Sperimentalmentesi evidenziano 4legami C-H ugualicon angoli dilegame di 109.5°
Orbitali ibridi
2
3
Orbitali atomici IBRIDI
• Orbitali atomici risultanti dalla combinazione linearedi orbitali atomici puri
• Solo orbitali atomici di energia confrontabile sipossono combinare
• Si ottiene un numero di orbitali atomici ibridi pari alnumero di orbitali atomici puri che sono staticombinati
• Il livello energetico degli orbitali ibridi è intermediotra quelli degli orbitali atomici puri.
4
Ibridazione sp3 del CARBONIO
Dalla combinazione di1 orbitale atomico 2s e3 orbitali atomici 2p siottengono 4 orbitaliibridi sp3, fortementedirezionali, orientativerso i vertici di untetraedro al cui centrosi trova l’atomo di C
3
5
Orbitali atomici ibridi sp3
(tetraedrici) - Geometria di CH4
6
Orbitali atomici ibridi sp3
(tetraedrici) - Geometria di CH4
4
7
Ibridazione sp3 del CARBONIO
2p
2s
E
Statofondamentale
Stato ditetravalenza
2(sp3)
Stato diibridazione sp3
8
NH3H2O
Le coppie solitarie occupano i vertici del tetraedro
5
9
La presenza di coppie di legame e/o di distribuzione nonsimmetrica di carica elettronica implica la formazione digeometrie non regolari.
Repulsione delle coppie solitarie
10
Altri orbitali atomici ibridicomprendenti orbitali s e p
Ibridi sp2
Ibridi trigonali piani
Angoli 120°
Ibridi sp
Ibridi digonali
Angolo 180°
6
11
sp sp2
12
Geometria molecolare
sp3sp2
sp
dsp3 d2sp3
7
13
sp3d sp3d2
14
p
s
E
Statofondamentale
sp3
Stato diibridazione sp3
sp2
sp
Stato diibridazione sp2
Stato diibridazione sp
p p
Energia degli orbitali ibridi
s< sp < sp2 < sp3 < p
8
15
Geometria molecolare- Etene o etilene (C2H4)
sp2
16
Geometria molecolare- Etino o acetilene (C2H2)
sp
9
17
La teoria VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion o teoriadella repulsione delle coppie elettroniche del guscio di valenza)
Le coppie elettroniche del guscio di valenza presentisull’ATOMO CENTRALE della molecola o dello ione, chepossono essere localizzate fra due atomi (coppie di legame)o su un solo atomo (coppia solitaria), tendono a disporsi il
più lontano possibile le une dalle altre
ABxEy
Per ogni legame multiplo si considera una sola coppia elettronica
Geometria molecolare - La teoria VSEPR
18
Geometria molecolare - La teoria VSEPRGruppo I: solo composti ionici
Gruppo II: Be2s2 → 2s12p1 → 2(sp)2
BeX2
AB2
10
19
Gruppo III: MX3M = B, Al, Ga, Inns2np1 → ns1np2 → n(sp2)3
AB3
Geometria molecolare - La teoria VSEPR
20
Gruppo IV: C2s22p2 → 2s12p3
→ 2(sp3)4
CH4, C2H6
Geometria molecolare - La teoria VSEPR
11
21
Gruppo IV: C2s22p2 → 2s12p3 → 2(sp2)32p1
C2H4
Geometria molecolare - La teoria VSEPR
22
Gruppo IV: C2s22p2 → 2s12p3
→ 2(sp)22p2
C2H2, CO2
Geometria molecolare - La teoria VSEPR
12
23
Geometria molecolare - La teoria VSEPR
AB3E
Gruppo V: NNH3 + H+ → NH4
+
Piramide a basetriangolare
Gruppo V: N2s22p3 → 2(sp3)5
NH3
24
AB2E2
AB3E
Gruppo VI: O2s22p4 → 2(sp3)6
H2O
Geometria molecolare - La teoria VSEPR
Angolare
13
25
Gruppo VI: S3s23p4 → 3s13p33d2 SO33s23p4 → 3s23p33d1 SO2
AB3
AB2E
Geometria molecolare - La teoria VSEPR
26
Gruppo VI: S3s23p4 → 3(sp3)6 H2S
AB2E2
Geometria molecolare - La teoria VSEPR
Angolare
14
27
Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza
Ione CO32-
Geometria trigonale pianaIbridazione sp2
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Doppio legame C=O delocalizzato
!
" = a"I
+ b"II
+ c"III
a = b = c
Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza
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Benzene C6H6Geometria trigonale pianaIbridazione sp2
Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza
30 ! = a(!I + !II ) + b(!III + !IV + !V ) a > b
Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza
16
31
!VI = a(!I + !II ) + b(!III + !IV + !V )
III IV V
I IIVI
VI
E
ΔE
Delocalizzazione degli elettroni (teoria VB) - La risonanza
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La TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA (VB) interpreta il legamechimico nelle molecole e nei composti covalenti a struttura infinita;
i punti fondamentali sono:
si considerano solo gli elettroni più esterni (quelli di valenza) ogni legame si forma dalla messa in comune di una coppia di elettroni da partedei due atomi (gli elettroni possono anche provenire entrambi dallo stesso atomo,nel caso del legame covalente dativo) le coppie di elettroni di legame sono localizzate tra i due atomi interessati dallegameesistono legami di tipo σ e legami di tipo π la geometria delle molecole si può prevedere con il modello VSEPR omediante l’introduzione degli orbitali atomici ibridi
Riassumendo……
La teoria VB si trova però in difficoltà:nel descrivere molecole in cui le coppie di elettroni non si comportano come se fosserolocalizzate fra i vari atomi (artificio della risonanza)nello spiegare le proprietà magnetiche di molte molecole semplicinel descrivere gli stati eccitati delle molecole, quindi nell’interpretare le proprietàspettroscopiche
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