Chimica generale e inorganica - il modello Lewis

Modello Lewis

Si basa sulla regola dell'ottetto: tutti gli atomi formano legami in modo da rendere il proprio guscio esterno simile al gas nobile che li precede o li segue nella Tavola Periodica (8 o 18 e-).

Passaggi del modello Lewis

• Si considerano le configurazioni elettroniche di valenza degli atomi.
• Si legano gli atomi facendo in modo che ognuno di essi realizzi l'ottetto.
• Per il raggiungimento dell'ottetto si possono usare anche i doppietti solitari.

O: :C: :O

O C O

Se l’atomo centrale ha n>2 si possono avere strutture con numero di e->8.

Geometria molecolare

Le molecole hanno geometrie spaziali ben definite caratterizzate da distanze di legame e angoli di legame. Questi possono essere determinati sperimentalmente (es. raggi X). Si vede che molecole con formula simile possono avere geometrie totalmente diverse, come ad esempio CO₂ e H₂O.

Le formule di Lewis non danno alcuna indicazione sulla geometria molecolare ma solo su come gli atomi sono connessi fra di loro da legami.

Esempi di geometrie

• O- -O C O H H (Piegata e Lineare)
  • HOH = 105°
  • OCO = 180°
• F B F F F (Planare Trigonale e Piramidale)
  • FBF = 120°
  • FPF = 96°

Le formule di Lewis non danno alcuna indicazione sulla geometria molecolare ma solo su come gli atomi sono connessi fra di loro da legami.

Modello VSEPR (Gillespie Nyholm)

E' possibile assegnare una geometria molecolare ad una molecola di cui è nota la formula di Lewis facendo uso di un semplice modello chiamato VSEPR, dall'inglese Valence Shell Electron Pair Repulsion. E' un modello concettualmente molto semplice e permette di trarre conclusioni qualitativamente corrette riguardo la geometria senza spiegare i legami chimici all'interno della molecola.

E' basato sull'assunzione che le coppie di valenza di un atomo si dispongono in modo tale da rendere minima la repulsione reciproca, cioè alla massima distanza possibile.

Corrispondenza tra coppie e geometria

• 2 coppie: Lineare
• 3 coppie: Trigonale planare
• 4 coppie: Tetraedrica
• 5 coppie: Trigonale bipiramidale
• 6 coppie: Ottaedrica

In questo conteggio vanno considerate tutte le coppie elettroniche attorno all’atomo centrale, sia le coppie di legame che quelle solitarie.

La geometria molecolare vera e propria si riferisce alle posizioni degli atomi e non delle coppie solitarie. Essa è quindi determinata direttamente solo dalla disposizione delle coppie leganti in quanto solo a queste corrisponde un atomo legato all’atomo centrale. Tuttavia, la presenza di coppie solitarie altera la disposizione delle coppie leganti e pertanto influenza indirettamente la geometria molecolare.

Esempi di geometria molecolare

• BF₃
  • La struttura di Lewis è FB: – -::F B F:- :: :F::
  • 3 coppie di legame sul boro. La geometria è trigonale planare (pt).
• GeF₂
  • Due coppie di legame e una coppia solitaria sul germanio. La disposizione delle tre coppie è trigonale planare. La geometria molecolare è determinata solo dalle due coppie di legame ed è piegata.
• H₂O
  • 2 coppie di legame e 2 coppie solitarie. Geometria piegata HOH< 109,5° (105°).

Si noti che le quattro coppie sono globalmente disposte in una geometria di tipo tetraedrico per tutte e tre le molecole.

Applicazione a legami multipli

Il metodo VSEPR può essere applicato anche al caso in cui vi siano legami multipli (doppi o tripli) purché si contino gli elettroni del legame multiplo (4 se doppio, 6 se triplo) come un'unica coppia di legame.

La struttura di Lewis è H₂CO: O: =- H C O:O:

Le due coppie di elettroni leganti che costituiscono il doppio legame C=O contano per una e si deve quindi considerare la geometria per tre coppie leganti, cioè trigonale planare.