DESCRIVERE COME DEDURRE LA POLARITA’ DELLE MOLECOLE DALLA
GEOMETRIA MOLECOLARE
Il termine ”polare” è usato per descrivere un legame nel quale un atomo è dotato di una carica parziale positiva e l’altro di una carica parziale negativa. Poiché nella maggior parte delle molecole i legami sono almeno in parte polari, anche le molecole possono essere polari in toto. In una molecola polare la densità elettronica si accumula verso una estremità della molecola dando ad essa una piccola carica negativa(-­‐S) e lasciando sull’altra estremità una carica positiva della stessa entità(+S). Per prevedere se una molecola è polare, dobbiamo considerare se la molecola possiede dei legami polari e come questi legami sono disposti l’uno rispetto all’altro. Le molecole biatomiche composte da due atomi con differente elettronegatività sono sempre polari; c’è un solo legame e la molecola ha un polo positivo e un polo negativo. Ma cosa succede in una molecola composta da tre o più atomi in cui ci sono due o più legami polari? Prendiamo in considerazione una serie di molecole di stechiometria AX2, AX3 e AX4 valutando come la scelta di gruppi coordinati o terminali(X) e la geometria molecolare influenzano la polarità delle molecole. Figura 1. Varie geometrie previste dal modello VSEPR
Prendiamo in considerazione una molecola lineare triatomica, come il biossido di carbonio CO2 . Ogni legame C ̶ ̶ O é polare,l’atomo di ossigeno è il polo negativo del dipolo di legame. Gli atomi terminali sono alla stessa distanza dall’atomo di carbonio, entrambi hanno la stessa carica(S-­‐) e sono disposti in maniera simmetrica attorno all’atomo di carbonio centrale. I due dipoli di legami sono uguali ma puntano in direzione opposta. Quindi CO2 non è una molecola polare, benchè ogni legame sia polare(la situazione è analoga ad un “tiro alla fune” in cui le persone ai capi opposti della corda tirano con uguale forza). Al contrario,l’acqua è una molecola triatomica piegata. Poiché l’ossigeno ha un’elettronegatività maggiore(X=3.5) rispetto all’idrogeno (X=2.2), ognuno dei legami O ̶ ̶ H è polare: gli atomi H hanno la stessa carica positiva(S+) e l’ossigeno ha una carica parziale negativa(S-­‐). La densità elettronica nella molecola si accumula dalla parte dell’ossigeno e questo rende la molecola elettricamente asimmetrica e quindi polare. Nella molecola trigonale planare BF3 , i legami B ̶ ̶ F sono fortemente polari perché F è molto più elettronegativo di B(X di B= 2.0 e X di F=4.0). La molecola comunque non è polare perché i tre atomi terminali di fluoro hanno la stessa carica negativa(S-­‐), hanno la stessa distanza dall’atomo di boro e sono disposti simmetricamente e nello stesso piano dell’atomo di boro centrale. Viceversa, la molecola trigonale planare di fosgene,COCl2 è polare. In essa gli angoli sono tutti circa 120°, e gli atomi coordinati(O e Cl) sono sistemati in maniera simmetrica attorno all’atomo C .Il valore dell’elettronegatività dei tre atomi è però diverso: X(O)>X(Cl)>X(C). Di conseguenza, esiste un netto spostamento della densità elettronica dal centro della molecola verso la periferia, principalmente verso l’atomo di ossigeno. L’ammoniaca, come BF3 ,ha una stechiometria del tipo AX3 e legami polari. Però, diversamente da BF3 ,NH3 è una molecola trigonale piramidale. Gli atomi di idrogeno,parzialmente carichi positivamente, sono disposti alla base della piramide e l’atomo di azoto parzialmente negativo, è al vertice della piramide. La molecola è pertanto polare. In generale, tutte le molecole trigonali piramidali devono essere polari, perché la densità elettronica lungo i legami non è simmetrica rispetto ai nuclei. Molecole come il tetracloruro di carbonio, CCl4, e il metano, CH4 , sono apolari a causa della loro struttura tetraedrica simmetrica. I quattro atomi legati al carbonio hanno la stessa carica parziale e sono posti alla stessa distanza da C.Invece molecole tetraedriche che hanno come atomi terminali sia H sia Cl (CHCl3 , CH2Cl2 e CH3Cl) sono polari. L’elettronegatività degli atomi di idrogeno(2.2) è minore di quella degli atomi di cloro(3.2), e la distanza carbonio-­‐idrogeno è diversa dalla distanza carbonio-­‐cloro. Poiché Cl è più elettronegativo di H, gli atomi di cloro corrispondono alla parte più negativa della molecola. Così il polo positivo della molecola è diretto verso gli atomi di idrogeno. Per riassumere la discussione sulla polarità delle molecole si deve tenere a mente la figura 1. Si può prevedere che una molecola AXn ,non sarà polare, indipendentemente dal fatto che i legami A"" ̶X siano polari, se: •
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Tutti gli atomi(o i gruppi) X sono identici; Tutti gli atomi(o i gruppi) X sono disposti simmetricamente attorno all’atomo centrale, A,secondo le geometrie riportate nella figura 1. D’altra parte, se uno degli atomi(o gruppi) X differisce da quelli presenti in figura 1,o se una delle posizioni di X è occupata da una coppia solitaria, la molecola sarà sicuramente polare.