Laboratorio di chimica in casa/La forma delle molecole

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Le formule di Lewis usate precedentemente non danno indicazioni sulla forma tridimensionale della molecola, cosa che viene invece data dai modelli molecolari.
Essi si basano sul principio di repulsione dei doppietti elettronici abbreviato in VSEPR[1]: quando due atomi mettono in compartecipazione i propri elettroni per formare un legame chimico, gli elettroni nella molecola creata (quelli nei doppietti solitari e quelli di legame) tenderanno a stare il più distante possibile a causa della forza repulsiva fra le loro cariche negative.

VSEPR acqua.png

L'immagine sopra riportata è la rappresentazione tridimensionale della molecola d'acqua. L'ossigeno è circondato da quattro coppie di elettroni, due solitarie e due formate dall'unione degli elettroni spaiati dell'idrogeno e dell'ossigeno. Secondo la teoria VSEPR le cariche di segno uguale dovranno stare il più distante possibile fra loro. In questo caso, la forma geometrica tridimensionale in cui quattro punti fanno il maggiore angolo fra di loro è la piramide a base triangolare (angoli di 109,5°), e perciò gli elettroni tenderanno a disporsi ai vertici di tale tetraedro, come mostrato in figura. Da ciò deriva la forma piegata della molecola d' acqua (e di altre molecole), con un angolo fra i due idrogeni (misurato per diffrazione di raggi X) di 106,45°.

Geometrie più comuni
Lineare Triangolare Tetraedrica Ottaedrica
AX2E0-angle-3D-balls.png Trigonal-angle-3D-balls.png Tetrahedral-angle-3D-balls.png Octahedral-angle-3D-balls.png
Carbon dioxide 3D ball.png Boron-trifluoride-3D-balls.png Methane-CRC-MW-3D-balls.png Hexaaquacopper(II)-3D-balls.png
Anidride carbonica Fluoruro di boro Metano Ione esaaquorame(II)


Nelle molecole contenenti coppie solitarie i doppietti elettronici (sia di legame che solitari) avranno una disposizione simile a quelle mostrate in precedenza, e la geometria della molecola risulterà "piegata" di conseguenza:

Esempio: geometria tetraedrica
Molecola lineare Molecola piegata Molecola piramidale
Hydrogen-fluoride-with-lone-pairs-3D-balls.png Water-with-lone-pairs-3D-balls.png Ammonia-with-lone-pairs-3D-balls.png
Acido fluoridrico Acqua Ammoniaca
Hydrogen-fluoride-2D-flat.png Water-dimensions-from-Greenwood&Earnshaw-2D.png Ammonia-2D-dimensions.png
Modello ad asta e sfera Modello ad asta e sfera
Modello ad asta e sfera
Modello a calotta

Le molecole vengono rappresentate utilizzando simbolismi diversi. Esistono due tipi di modelli tridimensionali:

  • a ad asta e sfera: In tale rappresentazione tridimensionale le lunghezze di legame sono in scala, ma non lo sono le dimensioni degli atomi. Sono mostrati il numero di legami ed eventuali risonanze.
  • a calotta: In tale rappresentazione tridimensionale sono mostrati gli atomi con il proprio raggio atomico ma non è mostrato il numero di legami che l'atomo fa.

In entrambi i casi, gli atomi hanno un colore specifico (scelto dai produttori del programma di rappresentazione molecolare).[2]


Tabella dei colori usati da Jmol
1
H

2
He
3
Li
4
Be

5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
11
Na
12
Mg

13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
55
Cs
56
Ba
*
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
87
Fr
88
Ra
**
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Uut
114
Fl
115
Uup
116
Lv
117
Uus
118
Uuo

* 57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
** 89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr

Il colore degli atomi comunque non è una convenzione ufficiale e può variare da programma a programma. Solitamente per gli atomi più comuni (H, C, N, O, S) Si tende ad usare i colori adottati per la prima volta da Corey, Pauling e Kourt, o ad associare all'elemento il suo colore naturale o tipico dei suoi composti.

Note[modifica]

  1. Dall'inglese Valence Shell Electron Pairs Repulsion: repulsione dei doppietti elettronici di valenza.
  2. Per una lista completa e maggiori informazioni si veda CPK coloring su en.Wikipedia.
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