Concetti Chiave
- Le formule di struttura possono variare mantenendo costante la disposizione degli atomi, come nel caso dell'allotropia dell'ossigeno (O2 vs O3).
- Le strutture di Lewis dell'ozono mostrano due legami ossigeno-ossigeno, ma sperimentalmente entrambi i legami risultano equivalenti e intermedi.
- La vera struttura di Lewis dell'ozono è un ibrido di risonanza delle due strutture proposte, non identificabile con nessuna di esse singolarmente.
- La risonanza si verifica quando esistono più strutture di Lewis plausibili senza una struttura "corretta", risultando in un ibrido di risonanza.
- L'aumento del numero di strutture di risonanza contribuisce a una diminuzione dell'energia della molecola, migliorandone la stabilità.
Indice
Formule di struttura e allotropia
In certi casi è possibile scrivere più formule di struttura per un composto, nelle quali la disposizione degli atomi rimane costante, ma varia la posizione di uno o più legami doppi.
Si consideri l’ossigeno. Normalmente pensiamo alla formula dell’ossigeno come O2, ma cisono in realtàdue diverse molecole di ossigeno. Il comune ossigeno èil diossigeno, O2, mentre l’altra forma è il triossigeno, O3, ovvero l’ozono. Il termine usato per descrivere l’esistenza di due o più forme di un elemento che differiscono nel legame e nella struttura molecolare è allotropia: O2 e O3 sono allotropi dell’ossigeno.
Cosa sono le strutture di Lewis e la risonanza?
Quando si applicano le normali regole per scrivere le strutture di Lewis dell’ozono ci troviamo di fronte a due possibilità.
Ognuna di queste due strutture suggerisce che un legame ossigeno-ossigeno sia singolo e l’altro sia doppio. Tuttavia prove sperimentali indicano che entrambi i legami ossigeno-ossigeno siano uguali, ovvero hanno la stessa lunghezza di 127.8 pm. Questo legame è più corto del legame singolo ossigeno-ossigeno O-O, ma è più lungo del doppio legame O=O. Quindi nell’ozono i legami sono intermedi tra un legame singolo e uno doppio. La discrepanza si risolve se si dice che la vera struttura di Lewis dell’ozono nonè nessuna delle due mostrate sopra, ma una miscela o ibrido delle due. Tale struttura è detta struttura di risonanza.
Ibridazione e stabilità molecolare
La situazione in cui è possibile scrivere due o più strutture di Lewis plausibili ma non è possibile scrivere la struttura “corretta” viene detta risonanza. La struttura vera è un ibrido di risonanza tra le diverse strutture plausibili contribuenti (quindi la reale struttura elettronica nella molecola è quella che si ottiene dal mescolamento di tutte le possibili forme di risonanza).
Al crescere del numero di strutture di risonanza diminuisce l’energia della molecola.
Domande da interrogazione
- Cos'è l'allotropia e quali sono gli allotropi dell'ossigeno?
- Come si spiegano i legami nell'ozono secondo le strutture di Lewis?
- Qual è l'effetto del numero di strutture di risonanza sull'energia molecolare?
L'allotropia è il fenomeno per cui un elemento può esistere in due o più forme con diverse strutture e legami. Nel caso dell'ossigeno, gli allotropi sono il diossigeno (O2) e il triossigeno (O3), noto anche come ozono.
Le strutture di Lewis dell'ozono suggeriscono la presenza di un legame singolo e uno doppio tra gli atomi di ossigeno. Tuttavia, esperimenti dimostrano che entrambi i legami sono uguali e intermedi tra un legame singolo e uno doppio, rappresentando così una struttura di risonanza.
Al crescere del numero di strutture di risonanza plausibili, l'energia della molecola diminuisce, poiché la vera struttura è un ibrido di risonanza che combina tutte le forme possibili.
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