Regole semplici per la scrittura delle formule di struttura Calcolare il numero di elettroni di valenza e quindi delle coppie elettroniche Individuare l’atomo centrale Unire con legami s l’atomo centrale agli atomi periferici Distribuire sugli atomi periferici le restanti coppie elettroniche (fino a completamento dell’ottetto) Aggiungere le eventuali ulteriori coppie elettroniche di non legame sull’atomo centrale Decidere la configurazione della molecola secondo la regola delle repulsioni elettroniche Valutare la possibilità di formazione di legami multipli dando luogo a formule di risonanza

Regola dell’ottetto Ogni atomo che utilizza nel legame i soli orbitali s e p tende ad assumere in un composto una configurazione elettronica esterna con otto elettroni

Regola dell’ottetto Nel formare un composto gli atomi tendono a conseguire la configurazione di un gas nobile. Ottetto perche’, ad eccezione di He, i gas nobili hanno configurazione elettronica esterna ns2 np6. Piu’ propriamente si puo’ dire che nel formare legami gli atomi utilizzano gli orbitali energeticamente accessibili. Quindi la regola dell’ottetto vale in forma stretta solo per gli elementi del secondo periodo. Si puo’ utilizzare pero’ nella scrittura di formule di struttura per decidere il numero di coppie sugli atomi periferici, con l’eccezione di H (che ha un solo orbitale a disposizione e quindi non puo’ avere coppie di non legame).

Formule di struttura

Metano - CH4 H C Numero di coppie elettroniche: 8/2 = 4 Calcolo del numero di elettroni della configurazione elettronica esterna addizionato del numero di eventuali cariche negative o diminuito di eventuali cariche positive nel caso di ioni poliatomici: 4 (C) + 1 (H)• 4 = 8 Numero di coppie elettroniche: 8/2 = 4 Individuazione dell’atomo centrale: C Disposizione di legami semplici tra l’atomo centrale e gli altri atomi costituenti la molecola: C H

4 coppie contate = 4 coppie disposte Controllo che il numero di coppie elettroniche disposte sia uguale al totale e disporre le eventuali restanti coppie sugli atomi periferici : 4 coppie contate = 4 coppie disposte Disposizione geometrica degli atomi legati all’atomo centrale secondo il principio di minima repulsione, modello di Sidgwick e Powell: C H Configurazione tetraedrica regolare 109.5°

Ammoniaca - NH3 H N H H Numero di coppie elettroniche: 8/2 = 4 Calcolo del numero di elettroni della configurazione elettronica esterna addizionato del numero di eventuali cariche negative o diminuito di eventuali cariche positive nel caso di ioni poliatomici: 5 (N) + 1 (H)• 3 = 8 Numero di coppie elettroniche: 8/2 = 4 Individuazione dell’atomo centrale: N Disposizione delle coppie di legame tra l’atomo centrale e gli altri atomi costituenti la molecola: H N H H

4 coppie totali = 3 coppie disposte Controllare che il numero di coppie elettroniche disposte sia uguale al totale e disporre le eventuali restanti coppie sugli atomi periferici: 4 coppie totali = 3 coppie disposte La quarta coppia va messa sull’atomo centrale dato che i periferici sono atomi di H e non hanno altri orbitali a disposizione, la regola dell’ottetto è così soddisfatta: N H

Disposizione geometrica degli atomi legati all’atomo centrale e delle coppie non di legame secondo il principio di minima repulsione, modello di Sidgwick e Powell: N H 107° Configurazione tetraedrica distorta Formula: piramide triangolare Le coppie solitarie occupano regioni dello spazio mediamente più vicine all’atomo centrale rispetto alle coppie di legame che sono sono più centrate lungo gli assi di legame

Penta cloruro di fosforo- PCl5 Calcolo del numero di elettroni della configurazione elettronica esterna addizionato del numero di eventuali cariche negative o diminuito di eventuali cariche positive nel caso di ioni poliatomici: 5 (P) + 7 (Cl)• 5 = 40 Numero di coppie elettroniche: 40/2 = 20 Individuazione dell’atomo centrale: P Disposizione delle coppie di legame tra l’atomo centrale e gli altri atomi costituenti la molecola: Cl Cl P Cl Cl Cl

20 coppie totali = 5 coppie disposte Controllare che il numero di coppie elettroniche disposte sia uguale al totale e disporre le eventuali restanti coppie sugli atomi periferici: 20 coppie totali = 5 coppie disposte Le altre 15 coppie vanno disposte sugli atomi periferici e si controlla che la regola dell’ottetto sia soddisfatta: Cl Cl P Cl Cl Cl

Disposizione geometrica degli atomi legati all’atomo centrale e delle coppie non di legame secondo il principio di minima repulsione, modello di Sidgwick e Powell: Cl Cl Cl P Cl Cl Configurazione Bipiramide trigonale

Tetra floruro di zolfo- SF4 Calcolo del numero di elettroni della configurazione elettronica esterna addizionato del numero di eventuali cariche negative o diminuito di eventuali cariche positive nel caso di ioni poliatomici: 6 (S) + 7 (F)• 4 = 34 Numero di coppie elettroniche: 34/2 = 17 Individuazione dell’atomo centrale: S Disposizione delle coppie di legame tra l’atomo centrale e gli altri atomi costituenti la molecola: F F S F F

17 coppie totali = 4 coppie disposte Controllare che il numero di coppie elettroniche disposte sia uguale al totale e disporre le eventuali restanti coppie sugli atomi periferici: 17 coppie totali = 4 coppie disposte Delle altre 13 coppie, 12 vanno disposte sugli atomi periferici così che la regola dell’ottetto sia soddisfatta, l’ultima coppia si dispone sullo S come coppia non di legame perché quest’ultimo può utilizzare gli orbitali d: F F S F F

Disposizione geometrica degli atomi legati all’atomo centrale e delle coppie non di legame secondo il principio di minima repulsione, modello di Sidgwick e Powell: F F S F F Configurazione Bipiramide trigonale

] ] Nitrato - NO3- O N O O Numero di coppie elettroniche: 24/2 = 12 Calcolo del numero di elettroni della configurazione elettronica esterna addizionato del numero di eventuali cariche negative o diminuito di eventuali cariche positive nel caso di ioni poliatomici: 5 (N) + 6 (O)• 3 + 1 (carica) = 24 Numero di coppie elettroniche: 24/2 = 12 Individuazione dell’atomo centrale: N Disposizione delle coppie di legame tra l’atomo centrale e gli altri atomi costituenti la molecola: ] _ O ] N O O

12 coppie totali = 3 coppie disposte Controllare che il numero di coppie elettroniche disposte sia uguale al totale e disporre le eventuali restanti coppie sugli atomi periferici: 12 coppie totali = 3 coppie disposte Le altre 9 coppie vanno disposte sugli atomi periferici: ] _ ] O N O O

Possibilita’ di formazione di legami multipli: l’atome centrale non soddisfa ancora la regola dell’ottetto. ] _ ] O N O O Disposizione geometrica degli atomi legati all’atomo centrale e delle coppie non di legame secondo il principio di minima repulsione, modello di Sidgwick e Powell: ] _ O Configurazione triangolare ] N O O

La risonanza: la vera formula molecolare è intermedia fra le formule limite possibili. Le formule limite hanno uguale disposizione spaziale degli atomi ] _ ] _ ] _ O N O O ] ] ] N O N O O O

Il contributo relativo delle formule limite alla descrizione della struttura molecolare La formula limite con minore separazione di carica formale è quella a minore energia, è cioè la più stabile e contribuisce di più alla descrizione della formula vera del composto La carica formale su un atomo è data dalla differenza fra il numero di elettroni dell’atomo libero e quello attribuitogli formalmente in una formula di struttura -1 ] _ O ] La somma delle cariche formali deve essere uguale alla carica della molecola +1 N O O -1

-1 -1 ] _ ] _ ] _ O N O O -1 -1 ] ] ] +1 +1 N O N O +1 O O -1 -1 Per lo ione nitrato tutte queste formule limite contribuiscono ugualmente alla descrizione della molecola reale, infatti, hanno tutte la stessa separazione di carica formale

Ossido di azoto (I) - N2O N N O Numero di coppie elettroniche: Calcolo del numero di elettroni della configurazione elettronica esterna addizionato del numero di eventuali cariche negative o diminuito di eventuali cariche positive nel caso di ioni poliatomici: 5 (N)• 2 + 6 (O) = 16 Numero di coppie elettroniche: 16/2 = 8 Individuazione dell’atomo centrale: N Disposizione delle coppie di legame tra l’atomo centrale e gli altri atomi costituenti la molecola: N N O

8 coppie totali = 2 coppie disposte Controllare che il numero di coppie elettroniche disposte sia uguale al totale e disporre le eventuali restanti coppie sugli atomi periferici: 8 coppie totali = 2 coppie disposte 6 coppie vanno disposte sugli atomi periferici così che la regola dell’ottetto sia soddisfatta Tre sono le formule limite scrivibili N N O N N O N N O

Verificare con la carica formale quelle o quella più “favorita” Formula più “sfavorita” avendo maggiore separazione di carica formale +1 -1 -2 +1 +1 -1 +1 N N O N N O N N O Formula più “favorita” avendo carica formale negativa sull’atomo più elettronegativo

] ] ] ] Ione solfato- SO42- S O O S O O O Numero di elettroni: 6•5 + 2 = 32 Numero di coppie: 16 Atomo centrale: S ] S O 2 - ] Determino la configurazione della molecola O ] 2 - ] S Configurazione tetraedrica regolare O O O

] ] ] ] ] ] ] ] O O S S O O O O O O O O S S O O O O O O C’e’ possibilita’ di formazione di legami multipli da parte dello S che ha orbitali d energeticamente disponibili -1 O O ] ] 2 - 2 - ] ] +1 -1 S S O O O O O -1 O O O ] ] 2 - 2 - ] ] S S O O O O O O Formule risonanti

] ] ] ] ] ] ] ] O O S S O O O O O O O O S S O O O O O O Altre formule risonanti -1 O O ] ] 2 - 2 - ] ] -1 S S O O O O O O O O ] ] 2 - 2 - ] ] S S O O O O O O