Formule di Struttura delle Molecole Organiche Costituzione L’ordine in cui gli atomi di una molecola sono connessi è chiamata costituzione o connettività. La costituzione di una molecola deve essere determinata per scrivere una struttura di Lewis. C Come scrivere le strutture di Lewis Step 1: La formula molecolare e le connettività sono determinate sperimentalmente. Esempio: Il nitrito di metile ha formula molecolare CH3NO2. Tutti gli idrogeni sono legati al carbonio, e l’ordine delle connessioni atomiche è CONO. Come scrivere le strutture di Lewis Step 2: Contare il numero degli elettroni di valenza. Per una molecola neutra, esso è uguale al numero di elettroni di valenza degli atomi coinvolti. Esempio (CH3NO2): Ogni idrogeno contribuisce con 1 elettrone di valenza. Ogni carbonio con 4, azoto 5, e ogni ossigeno 6 per un totale di 24. Come scrivere le strutture di Lewis Step 3: Connettere gli atomi attraverso un legame covalente indicato come una linea. Esempio: il nitrito di metile ha la seguente struttura parziale: H H C H O N O Come scrivere le strutture di Lewis Step 4: Sottrarre il numero di elettroni dei legami dal numero totale degli elettroni di valenza. Esempio: 24 elettroni di valenza – 12 elettroni di legame. Quindi, 12 elettroni rimanenti da piazzare. H H C H O N O Come scrivere le strutture di Lewis Step 5: Aggiungere coppie di elettroni in maniera che il maggior numero di atomi abbia 8 elettroni. Iniziare con gli atomi più elettronegativi. Esempio: I rimanenti 12 elettroni nel nitrito di metile sono aggiunti come 6 coppie. H H C H .. O .. N .. .. : O .. Come scrivere le strutture di Lewis Step 6: Se un atomo non ha l’ottetto completo, usare coppie elettroni su un atomo adiacente per formare un doppio o un triplo legame. Esempio: L’azoto ha solo 6 elettroni nella struttura sottostante: H H C H .. O .. N .. .. : O .. Come scrivere le strutture di Lewis Step 6: Se un atomo non ha l’ottetto completo, usare coppie di elettroni su un atomo adiacente per formare un doppio o un triplo legame. Esempio: Tutti gli atomi hanno l’ottetto nella struttura sottostante: H H C H .. O .. N .. .. O: Come scrivere le strutture di Lewis Step 7: Calcolare la carica formale. Esempio: Nessuno di questi atomi possiede una carica formale nella seguente struttura di Lewis: H H C H .. O .. N .. .. O: Carica Formale La carica formale è la carica calcolata per un atomo in una struttura di Lewis sulla base del calcolo degli elettroni di valenza . Acido Nitrico Carica Formale di H H .. O .. .. O: N : :O .. Calcoliamo la carica formale di ogni atomo in questa struttura di Lewis. Acido Nitrico Carica formale di H H .. O .. .. O: N : :O .. •L’idrogeno condivide due elettroni con l’ossigeno. •Assegniamo 1 elettrone ad H e 1 a O. •Un idrogeno neutro ha 1 elettrone. •Pertanto, la carica formale di H nell’acido nitrico è 0. Acido Nitrico Carica formale di O H .. O .. .. O: N : :O .. •L’ossigeno ha 4 elettroni coinvolti in legami covalenti. •Assegniamo 2 di questi 4 all’ossigeno O. •L’ossigeno ha due doppietti non condivisi. Assegniamo questi 4 elettroni all’O. •Pertanto il numero totale di elettroni è 6. Acido Nitrico Carica formale di O H .. O .. .. O: N : :O .. •Il numero di elettroni di O è 6. •L’O neutro ha 6 elettroni. •Pertanto,la carica formale di O è 0. Acido Nitrico Carica formale di O H .. O .. .. O: N : :O .. • Il numero di elettroni dell’ O è 6 (4 non condivisi+ metà dei 4 legati). • L’O neutro ha 6 elettroni. • Pertanto,la carica formale di O è 0. Acido Nitrico Carica Formale di O H .. O .. .. O: N : :O .. •Il numero di elettroni dell’ O è 7 (6 elettroni non condivisi + metà di 2 elettroni legati). •Un ossigeno neutro ha 6 elettroni. •Pertanto, la carica formale di O è -1. Acido Nitrico Carica formale di N H .. O .. .. O: N – : :O .. •Il numero di elettroni dell’ N è 4 (metà di 8 elettroni coinvolti in legami). •Un azoto neutro ha 5 elettroni. •Perciò, la carica formale di N è +1. Acido Nitrico Cariche Formali H .. O .. .. O: N+ – : :O .. •Una struttura di Lewis non è completa se le eventuali cariche formali non sono messe in evidenza. Carica Formale Una formula matematica per calcolare la carica formale Carica formale = numero del gruppo metà del – numero nella tavola periodica di elettroni di legame – numero di elettroni non condivisi Carica Formale “Numero di elettroni" e carica in NH4+ e BF41 H + H 5 N H Ione ammonio H .. : F: .. – .. : .. F B ..F: : ..F: 7 3 Ione tetrafluoroborato Esempi di isomeri costituzionali H H C H .. O: N+ – : :O .. Nitrometano H H C .. O .. N .. .. O: H Nitrito di metile Entrambi hanno formula molecolare CH3NO2 ma gli atomi sono connessi in maniera diversa. Risonanza Risonanza due o più strutture di Lewis possono essere scritte per alcuni composti (o ioni) Strutture di risonanza del nitrito di metile stesse posizioni degli atomi diversa posizione degli elettroni H H C H .. O .. N .. .. O: H struttura di Lewis più stabile H C + O .. N .. H struttura di Lewis meno stabile .. – O .. : Strutture di risonanza del nitrito di metile stesse posizioni degli atomi diversa posizione degli elettroni H H C H .. O .. N .. .. O: H struttura di Lewis più stabile H C + O .. N .. H struttura di Lewis meno stabile .. – O .. : Perchè scrivere le strutture di risonanza? Gli elettroni in una molecola sono spesso delocalizzati tra due o più atomi. Gli elettroni in una singola struttura di Lewis sono assegnati ad atomi specifici: una singola struttura di Lewis è insufficiente a mostrare la delocalizzazione. L’insieme delle strutture di risonanza descrive meglio la delocalizzazione elettronica. Esempio Ozono (O3) La struttura di Lewis dell’ozono ha un legame •• •O • + O •• •• •– O• •• singolo e uno doppio Questo presupporrebbe un legame lungo e uno più corto In realtà i legami sono uguali (1,28 A) Esempio Ozono (O3) La struttura di Lewis dell’ozono ha un legame singolo e uno doppio •• •O • + O •• •– O• •• •• Risonanza: •• •O • + O •• •• •– O• •• – •• •O • •• + O •• O •• ••