struttura di lewis - Istituto Garcia Marquez

STRUTTURA DI LEWIS
ELETTRONI DI VALENZA:
sono gli elettroni del guscio esterno, i responsabili principali delle proprietà chimiche
di un atomo e quindi della natura dei legami chimici che vengono a stabilirsi fra esso
ed altri atomi.
Si usa rappresentare convenzionalmente gli atomi in modo da evidenziare soltanto la
loro configurazione elettronica esterna, trascurando quella dei livelli interni completi.
esempio: atomo di bromo, Br (Z=35)
1s22s22p63s23p63d104s24p5
Livello più esterno: 4s24p5
esempio: atomo di sodio, Na (Z=11)
1s22s22p63s1
Livello più esterno: 3s1
esempio: atomo di ossigeno, O (Z=8)
1s22s22p4
Livello più esterno: 2s22p4
Rappresentazione secondo Lewis:
Il simbolo dell’elemento rappresenta il nucleo (e gli elettroni interni), i puntini
attorno al simbolo rappresentano gli elettroni di valenza
 Da notare il numero del gruppo A (1A-8A), sulla tavola periodica, ci dice il
numero di elettroni di valenza.
 Si deve collocare un puntino per volta sui quattro lati (superiore, destro,
inferiore e sinistro) del simbolo dell’elemento. Se si hanno più di 4 elettroni,
allora si deve appaiare i puntini fino a che non sono stati utilizzati tutti.
STRUTTURE di LEWIS o FORMULE di LEWIS
Mostrano come gli atomi sono legati l’uno all’altro all’interno di una molecola (ma
non rivela la forma complessiva).
Sono costituite da simboli di Lewis che rappresentano ciascun atomo e gli atomi
vicini, le coppie di legame che li tengono uniti e le coppie di elettroni solitarie che
riempiono il guscio esterno di ciascun atomo.
ESEMPIO: Scrivere la struttura di Lewis di una molecola (esempio NF3)
Strutture di Lewis per molecole con legami singoli
1. Scrivere lo scheletro della struttura molecolare (di solito si mette al centro
l’atomo meno elettronegativo)
F
N
F
F
2. Si determina il numero totale di elettroni di valenza disponibili
[1 × N (5 e-)] + [3 × F (7 e-)] = 5 e- + 21 e-= 26e3. Si disegnano i legami singoli da ciascun atomo circostante a quello centrale e si
sottraggono due elettroni di valenza per ciascun legame.
Ogni legame N-F è formato da 2 e- (uno di F e uno di N) = 6 e4. Si distribuiscono gli elettroni restanti (26 – 6 = 20) in coppie in modo che ogni
atomo ottenga otto elettroni (o due nel caso di H).
Ricorda:
 Gli atomi centrali sono di solito quelli meno elettronegativi o con minore
energia di ionizzazione.
 Gli atomi di idrogeno sono sempre terminali.
 Gli atomi di carbonio sono sempre centrali.
 Molecole e ioni poliatomici hanno in genere strutture simmetriche e compatte.
La forma delle molecole: la teoria VSEPR
Molte proprietà delle sostanze dipendono non solo dalla composizione chimica delle
molecole, ma anche dalla loro forma. La forma complessiva di una molecola
dipende dalle interazioni tra le forze repulsive e attrattive degli elettroni esterni (sia
quelli di legame che i doppietti liberi), che determinano sia la lunghezza sia l’angolo
di legame.
La teoria VSEPR (Valence Shell Electron-Pair Repulsion, teoria della repulsione
delle coppie di elettroni del “guscio” di valenza) consente di ricavare la geometria,
ossia la forma delle molecole, a partire dalle rappresentazioni delle formule di
struttura di Lewis, partendo dal presupposto che le coppie di elettroni esterni tendono
a respingersi reciprocamente.
Secondo questa teoria, gli angoli di legame che si vengono a formare tra 3 atomi di
una molecola dipendono dal numero di doppietti elettronici presenti intorno all’atomo
centrale (sia condivisi, ossia impegnati nei legami, sia liberi), che, per la loro azione
repulsiva, tendono a disporsi reciprocamente il più lontano possibile.
 Se sono presenti solo 2 coppie di elettroni di legame, e le coppie di elettroni
liberi sono omogenee intorno agli atomi, si formano angoli di 180° e la
molecola ha una struttura lineare.
 Se sono presenti 3 coppie di elettroni di legame si formano angoli di 120° con
una struttura planare a triangolo equilatero.
 Se sono presenti 4 coppie elettroniche, si formano angoli di 109,5°, con una
struttura tetraedrica nella quale l’atomo centrale è equidistante dai vertici, nei
quali sono situati gli atomi collegati.
 Le coppie di elettroni liberi si comportano come quelle di elettroni condivisi;
tuttavia, essendo attratte solo dal nucleo dell’atomo centrale (non sono legati
ad altri atomi), sono più vicine al nucleo ed esercitano una forza di repulsione
maggiore sulle altre coppie di elettroni (quelle coinvolte nei legami), per cui gli
angoli di legame sono più stretti rispetto a quanto detto in precedenza.
Così nella molecola di ammoniaca (NH3), dove sono presenti intorno
all’atomo di azoto (N) 4 coppie di elettroni (tre coppie condivise nei legami
con gli atomi di H e una coppia di elettroni liberi), la presenza della coppia di
elettroni liberi riduce gli angoli di legame N–H da 109,5° a 107,3° e si realizza
una struttura non più tetraedrica (come accade nella molecola di metano), ma
una struttura a piramide triangolare.
L’atomo di ossigeno nella molecola di acqua presenta ben due coppie di
elettroni liberi, per cui gli angoli di legame O–H sono ancora più ristretti: 105°
invece di 109,5° e la struttura che ne risulta è detta piegata.
I legami covalenti doppi e tripli si comportano come i legami semplici, per cui
molecole come quella dell’anidride carbonica (CO2) presentano una struttura
lineare, con angoli di 180° tra i due legami doppi.
CO2
anidride carbonica