Come dedurre la polarità di una molecola
dalla sua geometria:
Parlare della polarità di una molecola significa in primis trattare una particolare
proprietà che ad esempio ne determina la miscibilità (la tendenza a miscelarsi senza
separazione di fasi distinte),la quale dipende sia dalla differenza di carica ai poli di
una molecola(formazione di un momento di dipolo) a causa di una ulteriore differenza
ossia quella di elettronegatività tra gli atomi della stessa(L’elettronegatività è una
misura della capacità di un atomo di attrarre elettroni in un legame covalente) sia alla
sua geometria ed alla simmetria della molecola; un esempio è la molecola dell’acqua
H2O costituita da due atomi di idrogeno(H) e da un atomo centrale di ossigeno(O) la
cui differenza di elettronegatività è tale da far instaurare ai suoi capi un momento di
dipolo netto che inevitabilmente ne decreta la polarità dei legami:
D.E= E(O)-E(H)= 3.44 – 2.20 = 1.22
E’ possibile graficare i momenti di dipolo come vettori la cui punta indica la parziale
carica negativa nella molecola e la coda la parziale carica positiva
Dedurre la polarità di una molecola non è sempre semplice dato il fatto che la
presenza di uno o più legami polari non ne determina la polarità effettiva; se infatti la
molecola è biatomica, costituita da un legame polare, inevitabile è dedurne la
polarità;ciò non vale per molecole contenenti più di due atomi data la possibilità
dell’annullamento di legami polari identici. Proprio in questo caso la teoria
VSEPR(valence shell electron pair repulsion) secondo la quale gruppi di
elettroni(coppie solitarie,legami singoli,e doppi) si respingono reciprocamente andando
a posizionarsi nello spazio alla massima distanza possibile, è utile per dedurre la reale
polarità di una molecola poliatomica( nel caso precedente dell’acqua c’è quindi un
incompletezza).
Grazie a questa teoria infatti, dopo aver stabilito la struttura della molecola per
mezzo della teoria di Lewis è possibile studiare la geometria della molecola nei casi
particolari andando prima di tutto a verificare la polarità di un legame tenendo conto
che un legame si definisce polare se la differenza di elettronegatività spazia da 0,4 a
2.0 (un legame è ionico se la differenza va da 2.0 a 3.3; apolare da 0.0 a 0.4)
come si può notare l’elettronegatività
cresce lungo un periodo e diminuisce lungo un gruppo. Definiti i legami polari,
indichiamo come APOLARI quelle molecole altamente simmetriche i cui legami sono
identici( stessi atomi,stesse elettronegatività); chiamiamo POLARI le molecole con
geometria non simmetrica o molecole simmetriche con legami differenti(non identici).
Passiamo in rassegna i vari casi:
Geometria AX2 =
Prendiamo come esempio l’Anidride carbonica (CO2), utilizzando la teoria di Lewis
studiamo la struttura della molecola costituita da un atomo centrale di carbonio e
due atomi periferici di ossigeno(non vi sono elettroni spaiati o liberi); quindi
decretiamo la polarità dei legami: la differenza di elettronegatività è: DE= 3.44(O)2.55(C)= 0.89, i legami sono polari. Apparentemente la molecola risulterebbe polare
ed è appunto grazie alla VSEPR che invece ne decretiamo la sua apolarità:
nonostante i legami siano polari la molecola presenta due legami identici disposti ad
una distanza di 180° , posti in direzioni opposte e quindi annullabili.
Ciò è più evidente nel seguente schema:
Un altro esempio può essere per molecole con geometria AX3e come il caso
dell’ammoniaca(NH3):
Secondo Lewis la struttura dell’ammoniaca risulta essere:
L’ammoniaca presenta un atomo centrale(N) e 3 atomi
periferici(H) con un doppietto libero; passiamo poi alla polarità di legame
DE=3.04(N) – 2.20(H)=0.84, i legami sono polari. Secondo la teoria VSEPR, essendo
presenti i due elettroni dell’ammoniaca liberi la molecola andrà ad assumere una
geometria molecolare trigonale piramidale(quella elettronica è tetraedrica).
Essendo i legami polari con angoli di 107,3° e la molecola asimmetrica può quindi
essere definita POLARE