Prima parte di appunti completi per esame di Chimica organica 1

Teoria Orbitalica

Il modello di legame di Lewis, che tratta dei numeri di coordinazione atomica (numero di legami che un atomo può formare) e la teoria VSEPR, che tratta della geometria molecolare di oggetti di legame, non consentono di effettuare calcoli quantitativi che permettono di comprendere le motivazioni energetiche che che portano due atomi a combinarsi tra loro.

E' necessario perciò un nuovo approccio, descritto dalla teoria dei legami, ed è inizialmente il punto di partenza di Albert Einstein, nel trattato della luce, definisce costitutiva della portatrice della fotoni. La cui energia può essere espressa mediante la relazione:

c̅ = hν

Da questo partito fu De Broglie che avanzò l'idea che SE la luce possiede le proprietà di una particella in movimento, anche una particella in movimento dovrà mostrare delle proprietà ondulatorie. Nello specifico propose che:

λ = h / mV

A partire da queste considerazioni, si estende il dualismo onda-particella della trattazione della radiazione luminosa allo studio di una qualsiasi particella in movimento, ... compreso l'elettrone.

L'equazione matematica con cui si descrive il comportamento ondulatorio di una particella prende il nome di: equazione d'onda: il valore numerico della ψ (dove ψ la relazione può essere:

• Positivo: crescita dell'onda;
• Negativo: decrescita dell'onda;
• Nullo: in corrispondenza di un nodo.

Il segno di un'equazione d'onda verrà generalmente indicato come la fase dell'onda, ed un cambiamento che si fa per il cambio di segno, si verifica necessariamente nel passaggio da un nodo, cioè dal punto in cui l'ampiezza è annullera.

Se consideriamo un piano perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda, passante da un nodo, si ottiene un piano nodale.

Fu Schrödinger a rielaborare ulteriormente la teoria di De Broglie e nel 1926 propose un'equazione che potesse essere utilizzata per descrivere la proprietà ondulatoria di particella in movimento.

Dulatorie

associate all'elettrone di un atomo, o di una molecola. Mossa perciò in questo modo il tema della meccanica quantistica, cioè quel tomo della scienzá che studia le particelle e le loro proprietà ondulatorie.

Le soluzioni dell'equazione di Schrödinger vengono dette funzioni d'onda ψ, le quali ci forniscono l'energia di un elettrone e lo spazio che occupa nell'atomo.

Ad ogni funzione d'onda possiamo associare una serie di numeri quantici che lo spazio tridimensionale che viene descritto prende il nome di orbitale.

Le ψ² viene utilizzato per indicare la densità elettronica in un dato punto dello spazio, ed è direttamente proporzionale alla probabilità di trovare lì l'elettrone proprio in quella regione di spazio.

Per molti aspetti della chimica organica è interessante e più familia fare riferimento alle proprietà orbitale degli elettroni, in particolare nella interazione tra orbitali 5 e p, che sono orbitali più comunemente coinvolti nei legame covalente dei composti organici.

Quando noi andiamo a studiare orbitali, bisogna tenere conto che l'onde devono interagire nello stesso modo delle onde.

Saremo necessario parlare di interazioni in fase (costruttive) quando una fase positiva di aggiunge costruttivamente ad un altra fase positiva, oppure di interazioni in opposisizone di fronte (distruttiva) per superposizione dei due effetti.

Nel modo in cui gli orbitali interagiscono sarà fondamentale nella teoria degli orbitali molecolari.

Approccio combinato per lo studio del legame

Oltre che fornisse un modo per determinare la forma degli orbitali atomici, l'equazione di Schrödinger fornisce modo ovvero una quantificazione l’atto di ri-energetici (Arrivotti mene fornendo qui un legame covalente si fonte opposizioni).

Sforni quindi dei modi riconosciuti differenti in due teorie principali: le teoria del legame di valenza (Valence Bond, VB) e le teorie degli orbitali molecolari (MO).

Entrambe le teorie si basano senza meccanici quantum in termini di menoma e converpaza. Per tal motivo, nella pratica, si usa un modello che sia la combinazione di entrambe le teorie.

Un punto chiave di queste teoria è che gli orbitali molecolari si estendono su l'intera molecola, in quanto tutti gli atomi prendono parte alla costruzione degli orbitali molecolari.

Una seconda controtendenza importante riguarda il fatto che tutti gli orbitali mo, che risiedono tramite sovrapposizione in concordanza e discordanza di fa, se di tutti gli orbitali atomici opportunamente allineati per acromporre su tutti gli atomi di una molecola.

In ogni caso che il solo approccio tramite le teorie degli orbitali molecolari non è molto conveniente quando si vuole studiare la miscelazione dei legami covalente e le strutture molecolari, tranne legami più semplici. Per questo motivo si oppone l'intera teoria delle legame di valenza.

TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA (VB): IBRIDIZZAZIONE DEGLI ORBITALI ATOMICI

Il principio fondamentale della teoria del legame di valenza è che i legami si formano per sovrapposizione di orbitali atomici di atomi adiacenti; secondo la la teoria legami si trovano occupati tra due atomi adiacenti, e per que sto si distaccano all'esterno dell'orbitato molecolar ma qua ai considerando due luccionio ma tutta la molecola. In questo modo, la teoria ha avuto ei anneti en accordo con le formula di struttu lo di Lewis: dove i due elettroni unisoni nel legame covalente si trovano loculi e pe hai: due di quelli convenuti nel legame stesso.

Futtavia questo modello noch in contram una serie di problematiche, il primo in tutte è il fatto che gli atomi del secondo periodo, come C, O ed N, utiliziano gli orbitali 2s e 2p per formare i legami. Il punto è che i 3 orbitali 2p pons tra loro perpendicolari, per que atomi di questo periodo monsono leg ma i legami colloco in ricombatterebco nei angoli di legame di circa 90° u no ci hava in accordo con le onorazonini sperimentinali.

Per dare una spiegazione a tutto questo Pauling propose che gil orbitali atomisi si combinasero tra loro pe dare luogo a mua orbitali detti orbitali ibridi. Se questo è vero, alloa di interigrazio nella formazione de legami robano proprio questi orbitali ibridi che si sovrappongono ai legami in modo no ve cic e giustifica le nature degli angeli de legame misurati sperinentalmente.

Gli orbitali ibridi si formono in un processo che prenke il nome di ibridizzazione. In tale processo gli a moletraerenio questo si rolloca in une combinazione line a ed eleme furnamo d'atono ed e definisce gli orbitali 2s (19s, 1p) con un solo nome che definiamo gli orbitali 2p (lgy, 2pyr, 2pzr): da tale combinazione si for medio num numero de orbitali ibr a coincidono con il numero di orbitali che prendo parte all'oturloizzione.

Gli elementoi de secondo periodo (C,N, O) ponsano dar luogo a tr, tipito di ibridizazion tale ibridai sp³ sp², sp³ Ogouno di questi ponsede una penantrte la loro orbitali e epe il, necato da ello le proporzioni con le quai tale. orbitali atomisi si combinano e chiomda carattere.