La Risonanza

CO32-, NO3

-, NO2-

Utilizzando le regole viste in precedenza si ottiene un risultato di unica formula di struttura

C

OO

O

C

OO

O

C

OO

O

C

OO

O

Formule limiti o di risonanza

La formula di CO3- è un ibrido di risonanza tra le tre formule limite

Formule di risonanza

• La struttura reale è qualcosa di intermedio fra le varie formule di limite = ibrido di risonanza

C

OO

O

C

OO

O

C

OO

O2-

Formule di risonanza

• Gli elettroni sono meno localizzati di quanto implica una sola struttura di Lewis.

Legame delocalizzato

Ordine di legame effettivo 1.33

C

OO

O

C

OO

O

C

OO

O2-

Possibilita’ di formazione di legami multipli: l’atome centrale non soddisfa ancora la regola dell’ottetto.

N O

O

O

]

] _

N O

O

O

]

] _

La risonanza: la vera formula molecolare è intermedia fra le formule limite possibili. Le formule limite hanno uguale Le formule limite hanno uguale disposizione spaziale degli atomidisposizione spaziale degli atomi

]

] _

N O

O

O

N O

O

O

]

] _

Formule di risonanza

• Le formule di risonanza sono un insieme di strutture con la stessa disposizione degli atomi (e quindi dei legami e delle coppie di non legame sull’atomo centrale) ma diversa distribuzione degli altri elettroni (cioè delle coppie di non legame sugli atomi periferici e dei legami ).

Formule di risonanzaNei casi precedenti le formule di risonanza sono energeticamente equivalenti, cioè aventi o stesso numero di legami uguali, ma la risonanza non si limita a questi casi.

Es: per la molecola di N2O posso scrivere tre formule di risonanza che rispettano la regola dell’ottetto

Ma esse non sono energeticamnete equivalenti perche’ un legame N-N non ha la stessa energia di legame N-O.

N ON N ON N ON

Strutture di Lewis diverse non contribuiscono in uguale misura all’ibrido di risonanza

Come decido chi è la formula limite che contribuisce maggiormente a descrivere la formula vera?

Quella formula limite a più bassa energia contribuisce in misura maggiore alla descrizione della formula vera.Le altre formule limite contribuscono meno e tanto maggiore è la loro energia tanto minore è il loro contributo nella descrizione della formula vera

Carica formaleLa carica formale su un atomo è data dalla differenza fra il numero di elettroni dell’atomo libero e quello attribuitogli formalmente in una formula di struttura. Gli elettroni di legame vengono assegnati formalmente uno a ciascun atomo.

N O

O

O ]] _

+2

-1-1

-1

La somma delle cariche formali sui singoli atomi deve essere uguale a zero per molecole neutre oppure, nel caso di ioni, uguale alla carica dello ione.

Separazione della carica formale

Criteri di stabilità energetica di una formula di struttura:

1. la formula che ha la minore separazione di carica formale possiede minore energia (cioè corrisponde alla situazione più stabile).

Carica formale e formule di risonanza

A parità di separazione di carica tra due formule di risonanza è migliore quella formula di risonanza in cui si ha carica formale negativa sull’atomo più elettronegativo e strutture con cariche dello stesso segno su atomi adiacenti sono improbabili

Ossido di azoto (I) - NOssido di azoto (I) - N22OOOssido di azoto (I) - NOssido di azoto (I) - N22OO

Numero di coppie elettroniche:16/2 = 8

Individuazione dell’atomo centrale:N

N ON

Disposizione delle coppie di legame tra l’atomo centrale e gli altri atomi costituenti la molecola:

Calcolo del numero di elettroni della configurazione elettronica esterna addizionato del numero di eventuali cariche negative o diminuito di eventuali cariche positive nel caso di ioni poliatomici:

5 (N)• 2 + 6 (O) = 16

Controllare che il numero di coppie elettroniche disposte sia uguale al totale e disporre le eventuali restanti coppie sugli atomi periferici:

8 coppie totali = 2 coppie disposte

6 coppie vanno disposte sugli atomi periferici.

C’e’ possibilita’ di formazione di legami multipli, fino ad un massimo di 4 orbitali impegnati.

N ON N ON

Tre sono le formule limite scrivibili

N ON

Verificare con la carica formale quelle o quella più “favorita”

N ON N ON+1-1 00 +1 -1

Formula più “favorita” avendo carica formale negativa sull’atomo più elettronegativo

N ON-2 +1 +1

Formula più “sfavorita” avendo maggiore separazione di carica formale

Formule limiti NON equivalenti energeticamente

Se le formule limiti sono equivalenti (Es: NO3-) esse

contribuiscono nello stesso modo alla descrizione della struttura molecolare

Se esse NON sono equivalenti, esse contribuiranno DIVERSAMENTE alla descrizione della struttura molecolare. Le formule ad ENERGIA PIU’ BASSA sono quelle che contribuiranno di piu’

Es: 2 formule limite dove una contribuisce al 80% e l’altra al 20%. E’ come se la molecola avesse per 80% del tempo la struttura A e per il 20% la struttura B.

Esempi

• SiO44- (silicato) nessun doppio legame

• PO43- (fosfato) un doppio legame

• SO42- (solfato) due doppi legami

• ClO4- (perclorato) tre doppi legami

Sono ioni isolettronici

Ione solfato- SOIone solfato- SO442-2-

Ione solfato- SOIone solfato- SO442-2-

Numero di elettroni: 6•5 + 2 = 32Numero di coppie: 16Atomo centrale: S

S

O

OO

O ]] 2 -

Determino la configurazione della molecola

S

O

O

O

O ]

] 2 -

Configurazione tetraedrica regolare

SO

O

O ]] 2 -

O

SO

O

O ]] 2 -

O

C’e’ possibilita’ di formazione di legami multipli da parte dello S che ha orbitali d energeticamente disponibili

SO

O

O ]

] 2 -O

SO

O

O ]

] 2 -O

Formule risonanti

-1

-1

-1

0+1

0

-1 -1

0

0

Polarità in molecole poliatomiche

O C O apolare O

HH

polare

La freccia indicante il dipolo punta verso l’atomo piu’ elettronegativo

Criteri per la scrittura della formule di struttura

1. Conta gli elettroni e quindi il numero di coppie, considerando la eventuale carica

2. Individua l’atomo centrale (in genere quello meno elettroegativo)

3. Lega gli atomi periferici all’atomo centrale con legami singoli

4. Disponi le coppie di non legame sugli atomi periferici sulla base della regola dell’ottetto

5. Disponi le eventuali coppie rimaste sull’atomo centrale6. Se intorno all’atomo centrale ci sono meno coppie rispetto

alla regola dell’ottetto, TRASFORMARE le coppie di NON legame degli atomi periferici in doppi legami, fino a che anche l’atomo centrale non arriva all’ottetto.

8. Individua la geometria della coppie elettroniche mediante VSEPR

9. Individua la geometria della MOLECOLA10. Scrivi tutte le formule di risonanza11. Verifica la formula piu’ rappresentativa utilizzando il criterio

della carica formale

Nota:La geometria delle coppie elettroniche dipende dal numero di coppie intorno all’atomo centrale. La geometria della molecola dipende SOLO dalle coppie di legame

Criteri per la scrittura della formule di struttura:

Legami Una volta stabilita la geometria della molecola/ione, si valuta la possibilità di formazione di legami per sovrapposizione di orbitali vuoti sull’atomo centrale e orbitali completamente pieni (coppie di non legame) sugli atomi periferici.

Per atomo centrale con n = 2, il numero massimo di orbitali utilizzabili dall’atomo centrale è 4 (2s, 2px, 2py, 2pz).

Per atomo centrale con n > 2, si possono considerare più di 4 orbitali. In pratica di solito il numero di orbitali impiegati dagli elementi del terzo e quarto periodo è ≤ 6.

Regole…Gli ioni carichi possiedono una formula di struttura come le molecole neutre.Il contro totale degli elettroni si ottiene sommando ANCHE la carica formale dello ione!

Es CO32-

C=4, O=6 carica=2 Totale 24 elettroni= 12 coppie

Formule di struttura: alcuni casiL’atomo centrale non rispetta la regola dell’ottetto BeCl2 BF3

Esempi di metalli di transizione CrO4-2 MnO4

-

Perossidi S2O82-O2

2- H2O2

Specie con ossigeno a ponte N2O5 Cr2O72-

Specie con legami covalenti tra atomi “centrali” N2O3 N2O4

Composti ternari H2SO4 HNO3

Altri Composti ternari SOCl2 POCl3

Tio composti S2O32-

Sostanze allo stato elementare P4 S8

Na2O2, Na2SO4Sali - Composti ionici

Alcuni esempi

XeF2SO3

2- N2O3 N2O5 HCN

H2O2 O3 O22- O2

-

CrO4 2- Cr2O7 2-

ICl3SF4

SO2 ClO2-Na2O2HSO4

-

Cl2O7

Formule di struttura

SO2 SO3NO2-

PCl5

NO2 NO2+

SO42- SO3

2-

PCl3 SF6 SF4

ClO4- ClO3

- ClO2- ClO-

O2 O2- O2

2- O2-O3

N2ON2 NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5