02x02 - La forma delle molecole

Forze intermolecolari

e proprietà delle sostanze

1. La forma delle molecole

Lo stato di aggregazione e altre proprietà delle sostanze sono da attribuire non solo ai legami tra gli atomi ma anche alle forze di attrazione tra le molecole. E tutto ciò dipende dalla reciproca disposizione degli atomi nello spazio, cioè dalla forma delle

molecole.

La diversa forma delle molecole è alla
base della maggiore intensità delle forze
di attrazione tra le molecole di acqua
rispetto a quelle tra le molecole di
diossido di carbonio.

1. La forma delle molecole

Per lunghezza di legame si intende la distanza che separa i centri dei nuclei dei due atomi legati.

​Rappresentazione del

legame tra due atomi di idrogeno. Le attrazioni (frecce verdi) e le repulsioni

(frecce rosse) tra cariche dello stesso segno si bilanciano perfettamente

alla distanza di 0,74Å

(1 àngstrôm = 10^-10 m).

1. La forma delle molecole

L'angolo di legame è l'angolo formato dagli assi che congiungono i nuclei degli atomi legati. Intorno all'ossigeno, che è l'atomo centrale della molecola, si distribuiscono quattro coppie elettroniche:

• due, condivise con gli atomi di idrogeno, sono coppie di legame;

• due, appartenenti all'ossigeno, non sono condivise e si dicono coppie

elettroniche libere o coppie solitarie.

1. La forma delle molecole

La teoria VSEPR (Valence Shell Electron-Pair Repulsion), è la teoria della repulsione delle coppie di elettroni del guscio di valenza, perché presuppone che le coppie di elettroni esterni si respingano reciprocamente (perché hanno la stessa carica negativa).

Le coppie di elettroni di valenza possono essere di legame o solitarie (chiamate doppietti).
Sia le coppie di legame che solitarie concorrono alla regola dell'ottetto, ovvero ogni atomo completa il proprio guscio di valenza.

1. La forma delle molecole

I principi fondamentali della teoria VSEPR sono:

• la disposizione degli atomi in una molecola dipende dal numero totale di coppie elettroniche, solitarie e di legame, del livello di valenza e che circondano l'atomo centrale;

• poiché coppie elettroniche di uguale segno si respingono, esse si collocano alla maggiore distanza possibile l'una dall'altra.

​Gli orbitali esterni occupano posizioni reciproche che realizzano la massima distanza possibile e quindi la minima interazione.

1. La forma delle molecole

Prendiamo in esame i casi più semplici. In base al numero di coppie elettroniche intorno all'atomo centrale si ha che:

• due coppie elettroniche determinano una struttura lineare della molecola,

  con angoli di legame di 180°;

• tre coppie elettroniche determinano una struttura triangolare planare

  della molecola, con angoli di legame di 120°

1. La forma delle molecole

• quattro coppie elettroniche determinano una struttura tetraedrica della molecola, con angoli di legame di 109,5°;

• con cinque coppie elettroniche la struttura della molecola è trigonale bipiramidale;

• nel caso di sei coppie la struttura è ottaedrica.

1. La forma delle molecole

La struttura lineare

Quando un atomo presenta due coppie di legame nel guscio di valenza, queste si respingono originando una struttura lineare.
Nella molecola di diidruro di berillio l’atomo centrale presenta solo due coppie di elettroni, entrambe impegnate nei legami. Anche la forma della molecola è lineare e l'angolo di legame è 180°.

1. La forma delle molecole

La struttura lineare 

Nella molecola di diossido di carbonio (anidride carbonica) l’atomo centrale di carbonio presenta 4 coppie di elettroni, impegnate a 2 a 2 nei legami con i due atomi di ossigeno, pertanto vanno considerati come 2 coppie elettroniche. Anche in questo caso la forma della molecola è lineare.

1. La forma delle molecole

La struttura triangolare

Quando un atomo presenta tre coppie di legame nel guscio di valenza, queste si respingono dando origine a una struttura triangolare (o trigonale piana). Dato che i 3 atomi legati al boro sono uguali, la molecola di trifluoruro di boro, ha forma triangolare planare ed è perfettamente simmetrica.
Gli angoli di legame sono di 120°.

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1. La forma delle molecole

Molecole con quattro coppie elettroniche attorno all’atomo centrale impegnate in altrettanti legami assumono una geometria tetraedrica.
Nella molecola del metano CH₄ l'atomo di carbonio occupa il centro del tetraedro, mentre gli atomi di idrogeno si dispongono ai vertici, formando angoli di legame di 109,5°.

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1. La forma delle molecole

Molecole con quattro coppie di legame attorno all’atomo centrale ma con tre atomi legati e una coppia di non legame assumono forma piramidale triangolare, con angoli di legame inferiori a 109,5° poiché la repulsione della coppia di non legame è maggiore.
Nella molecola di ammoniaca NH₃ il doppietto elettronico dell'azoto respinge i legami N-H portando a 3 angoli di 107,3°.

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1. La forma delle molecole

Molecole con quattro coppie di legame attorno all’atomo centrale ma con solo due atomi legati e due coppie di non legame assumono forma piegata con angolo di legame ancora più piccolo a causa della forte repulsione delle due coppie di non legame.
Nella molecola dell'acqua H₂O i due doppietti elettronici dell'ossigeno respingono i legami O-H portando a un angolo di 104,5°.

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1. La forma delle molecole

La struttura piegata

Molecole con tre coppie elettroniche attorno all’atomo centrale ma con solo due atomi legati e una coppia spaiata di non legame assumono forma piegata, con angoli inferiori a 120° poiché la coppia spaiata esercita una forza di repulsione maggiore nei confronti dei legami.
Nel caso del diossido di zolfo la coppia spaiata di non legame respinge i legami S-O generando un angolo di 119°.

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1. La forma delle molecole

La teoria VSEPR ci permette di trovare la geometria di molecole anche più complesse di quelle che abbiamo appena visto. Un esempio è rappresentato dal butano, un idrocarburo in cui ci sono quattro atomi di carbonio legati tra loro e e dieci atomi di idrogeno C₄H₁₀. Attorno a ciascun atomo di carbonio ci sono quattro coppie di elettroni condivisi, quindi la geometria è di tetraedri concatenati tra loro, con gli angoli di legame di 109°.

1. La forma delle molecole

Nella molecola del pentacloruro di fosforo PCl₅ gli angoli di legame Cl−P−Cl non sono tutti uguali.
Le 5 coppie di elettroni dell’atomo centrale danno origine a una struttura a bipiramide trigonale, cioè due piramidi con la base triangolare in comune.

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1. La forma delle molecole

Nella molecola di esafluoruro di zolfo SF₆ gli angoli di legame F−S−F sono tutti uguali.
Le 6 coppie di elettroni dell’atomo centrale danno origine a una struttura a bipiramide tetragonale, cioè due piramidi con la base quadrata in comune.

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1. La forma delle molecole

La forma che la molecola effettivamente assume si ricava dal numero di coppie di legame e di non legame.

Molecole diverse con uguale numero di coppie elettroniche attorno all’atomo centrale, ma con presenza di coppie elettroniche di non legame, hanno stessa geometria ma forma diversa.

La forma delle molecole è dunque determinata dal numero di atomi legati all’atomo centrale.

1. La forma delle molecole

Notare la progressiva diminuzione degli angoli di legame all’aumentare del numero di coppie di non legame (doppietti)

1. La forma delle molecole

Drag and Drop

La teoria ​VSEPR afferma che quando un ​

Placeholder

è legato ad altri, tutte le ​

Placeholder

di ​

Placeholder

del suo strato di ​

Placeholder

si respingono determinando gli angoli di ​

Placeholder

l.

Drag these tiles and drop them in the correct blank above

atomo

coppie

molecola

legame

elettroni

valenza

Multiple Choice

Quanto vale l'angolo di legame di una molecola tetraedrica?

• 180°

• 117°

• 109,5°

• 120°

Multiple Choice

Quanto vale l'angolo di legame di una molecola triangolare planare?

• 180°

• 117°

• 109,5°

• 120°

Multiple Choice

Quanto vale l'angolo di legame di una molecola lineare?

• 180°

• 117°

• 109,5°

• 120°

Multiple Choice

I doppietti elettronici (coppie di non legame) sono più repulsivi delle coppie di elettroni di legami

• Falso
• Vero

Multiple Choice

Per stabilire la struttura della molecola si considera ogni legame multiplo come una sola coppia

• Vero

• Falso

Multiple Choice

Le coppie di elettroni nei legami multipli sono più repulsivi di quelle dei legami semplici

• Falso

• Vero

Multiple Choice

Se nello strato di valenza ci sono solo quattro elettroni di legame si ha sempre una struttura tetraedrica

• Vero

• Falso

Multiple Choice

Se nello strato di valenza ci sono solo due coppie di elettroni di legame si ha sempre una struttura planare

• Vero

• Falso

Multiple Choice

Nell'idrocarburo propene CH₂=CH—CH₃

quale atomo di carbonio ha una struttura tetraedrica?

• CH₂=

• =CH—

• —CH₃

Multiple Choice

Il diossido di zolfo ha la seguente struttura di Lewis, qual è la forma della molecola?

• planare

• piegata

• tetraedrica

• lineare

Multiple Choice

Nella molecola del propino C₃H₄ ci sono due atomi di carbonio legati con triplo legame. Qual è la struttura del carbonio centrale?

• planare

• piegata

• tetraedrica

• lineare