1 Orbitali atomici, valenza e geometria molecolare In alcuni casi non è possibile spiegare la valenza di un atomo e la geometria molecolare utilizzando la configurazione elettronica fondamentale, ovvero gli orbitali atomici nello stato di riempimento a più bassa energia. Se si utilizzassero gli orbitali 2p si formerebbero legami con angoli di legame di 90° il che non corrisponde all’osservazione sperimentale

2 1) Promozione di un elettrone in un orbitale atomico a più alta energia: la spesa energetica della promozione è compensata dalla formazione di un numero maggiore di legami (abbassamento dell’energia totale del sistema). 2) Ibridizzazione (o ibridazione): combinazione matematica di un certo numero di orbitali di valenza (s, p, d) di un atomo con contenuto energetico poco diverso per ottenere lo stesso numero di nuovi orbitali ibridi equivalenti (isoenergetici) con i lobi orientati lungo le direzioni dei possibili legami che l'atomo centrale di una molecola può formare con altri atomi. Come si spiega la tetravalenza del carbonio? E la geometria molecolare dei composti del carbonio?

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4 Dalla sovrapposizione di due orbitali atomici lungo l’asse che unisce gli atomi si ottengono due orbitali , uno di legame, riempito dai due elettroni e senza piani nodali, e uno vuoto di antilegame (alta energia, piano nodale tra gli atomi).

5 Nel caso di carboni legati a 3 atomi, è possibile realizzare legami forti mescolando l’orbitale 2s con solamente due orbitali 2p, per ottenere tre orbitali ibridi sp 2 disposti a 120° su un piano Altri tipi di orbitali ibridi Per carboni legati a 2 atomi si mescola l’orbitale 2s con un orbitale 2p e si ottengono due orbitali ibridi sp disposti linearmente Pur essendo tetravalente, non sempre il carbonio si lega a 4 atomi. Pur essendo tetravalente, non sempre il carbonio si lega a 4 atomi. La migliore ibridazione possibile è quella che permette la formazione dei legami più forti, con orbitali ibridi orientati secondo la geometria molecolare più stabile (VSEPR).

6 Il doppio legame (es. C=C o C=O) è formato da un legame  per sovrapposizione di due orbitali ibridi sp 2 e da un legame  per sovrapposizione laterale dei due orbitali p dei due atomi impegnati nel legame. La minimizzazione delle repulsioni elettroniche degli orbitali ibridi sp 2 si realizza a 120° (tutti sullo stesso piano). Sommando due orbitali paralleli 2p si ottengono due orbitali molecolari, uno di legame a più bassa energia e uno di antilegame a più alta energia

Il triplo legame (es. C=C) è formato da un legame  per sovrapposizione di due orbitali ibridi sp e da due legami  per sovrapposizione dei due orbitali p di un atomo con i due orbitali p dell’altro atomo impegnato nel legame. Minimizzazione delle repulsioni elettroniche degli orbitali ibridi sp a 180° (disposizione lineare)

41 Poiché la sovrapposizione degli orbitali in un legame cresce al crescere del carattere s (più stabile e più ampio), la forza dei legami cresce nell’ordine: p< sp 3 <sp 2 <sp<s

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10 Piano nodale (la funzione matematica dell’orbitale si azzera lungo l’asse tra i nuclei) Sovrapposizione laterale (legame) Nessuna sovrapposizione (antilegame) Sommando due orbitali paralleli 2p si ottengono due orbitali molecolari, uno di legame a più bassa energia e uno di antilegame a più alta energia

11 Rende conto della tetravalenza del carbonio ma non della geometria Rende conto della geometria molecolare tetraedrica 4 Orbitali ibridi sp 3 per mescolamento di 1 orbitale s e 3 orbitali p

12 Minimizzazione delle repulsioni elettroniche degli orbitali ibridi sp 3 a 109° (tetraedro)