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Geometria delle molecole
Gli aggregati di atomi uniti dal legame covalente si chiamano molecole. Poiché lo spazio ha tre dimensioni gli atomi nelle molecole non hanno alcuna ragione di utilizzarne solo due, pertanto quando vediamo un modello di molecola disegnato sulla carta o sulla lavagna, dobbiamo sempre immaginarlo in tre dimensioni. Comunque in alcuni casi molecole formate da più di tre atomi possono essere effettivamente planari (piatte) così come si possono disegnare sulla carta.
Dire la geometria di una molecola significa grosso modo dire qual è la sua forma, cioè specificare gli angoli formati da ogni terna di atomi.
Le tecniche che sfruttano i raggi X e altre tecniche moderne basate sul passaggio di punte sottilissime sulle superfici dei materiali (microscopio a forza atomica e a effetto tunnel) consentono di “fotografare” le posizioni dei nuclei, o degli atomi interi, nello spazio. In tutte queste strutture non sono visibili i legami chimici. I legami sono da noi ipotizzati sulla base di modelli teorici. Per esempio, se troviamo due punti alla stessa distanza da un terzo, possiamo ipotizzare vari modi per far sì che tutti e tre gli atomi siano uniti:
Se sappiamo che i due atomi in basso sono identici possiamo prevedere che la natura non avrà preferenze per l’uno o l’altro, perciò dovranno essere entrambi legati al terzo atomo in alto, in modo da dare una struttura simmetrica, come accade per le ultime due ipotesi. Ma anche così, dalle posizioni degli atomi, non si può stabilire con sicurezza quali legami abbiamo. Anche potendo “vedere” in modo nitido gli elettroni di valenza (quelli esterni), le immagini non sarebbero molto diverse da questa (naftalene in space filling):
e non ci aiuterebbero a capire dove sono i legami. Perciò ci dobbiamo accontentare della nostra teoria in base alla quale il legame covalente è formato da una coppia di elettroni condivisi, in genere forniti separatamente dai due atomi che possedevano elettroni spaiati di valenza prima di legarsi. I legami covalenti si formano quasi sempre in modo da consentire il raggiungimento della struttura stabile di gas nobile agli atomi coinvolti. Alla luce di questa teoria i legami si disegnano come linee e si rappresentano con dei “bastoncini” di varia lunghezza.
Alcuni modellini molecolari di plastica hanno legami predisposti ad angoli predeterminati e sono certamente più efficaci per comprendere la geometria molecolare.
Esercizio: se gli atomi della molecola sono solo due, non ci sono angoli. Allora quali informazioni sono necessarie per conoscere la struttura della molecola?
Risposta: la lunghezza del legame, cioè la distanza tra i nuclei dei due atomi in picometri.
TEORIA VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion)
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Per definire un angolo occorre dunque un atomo centrale e almeno due atomi ad esso legati. La teoria VSEPR (alla quale ha contribuito principalmente Ronald Gillespie a partire dal 1957), prevede che i gruppi di elettroni di valenza formino dei domini sulla superficie della sfera di valenza. Tali domini si respingono collocandosi ad angoli più grandi possibile. Se gli atomi legati sono due avremo che i gruppi di elettroni di legame, e di conseguenza gli atomi legati, saranno opposti, cioè disposti a 180°. |
La molecola H2O, per esempio, dovrebbe avere la seguente forma: H-O-H. Perché i due atomi di idrogeno, invece, sono disposti ad angolo? La spiegazione della teoria VSEPR è molto semplice: dobbiamo considerare, oltre alle coppie di elettroni nei due legami, anche le due paia “solitarie”, poste sull’ossigeno.
Fonte: http://www.divini.net/chimica/materiali/chimicafisica/Geometria%20delle%20molecole.doc
Sito web da visitare: http://www.divini.net/
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