Chimica
organica
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Lezione 2
Le proprietà del
carbonio
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© Zanichelli editore, 2014
Il carbonio è un non metallo del IV gruppo, secondo
periodo, con numero atomico 6 e massa atomica 12.
Possiede 6 elettroni disposti su due livelli. Gli elettroni di
valenza sono 4: 2 nel sottolivello 2s e 2 nel sottolivello 2p.
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Il carbonio: configurazione
elettronica e ibridazione orbitalica (I)
L’atomo di carbonio ha configurazione elettronica esterna
2s2, 2p2
.
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Il carbonio: configurazione
elettronica e ibridazione orbitalica (I)
mediante una spesa energetica (96 Kcal/mol) può
promuovere un elettrone in un orbitale p vuoto: 2s, 2p3,
.
ovvero 2s, 2px, 2py, 2pz.
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Il carbonio: configurazione
elettronica e ibridazione orbitalica (II)
Ma anche nella configurazione elettronica 2s, 2px, 2py,
2pz, che permette la formazione di 4 legami, sarebbe
impossibile formare 4 legami uguali come quelli che si
trovano nel metano (CH4).
Questi sono dovuti alla formazione di nuovi orbitali
atomici direzionali in grado di interagire con orbitali di
altri atomi (di carbonio o di altre specie). Tali orbitali si
creano per ibridazione orbitalica.
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Il carbonio: configurazione
elettronica e ibridazione orbitalica (III)
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Il carbonio: configurazione
elettronica e ibridazione orbitalica (III)
2s + 2px + 2py + 2pz
2s + 2px + 2py
sp3
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sp2
2s + 2px
sp
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Combinazione lineare di orbitali
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atomici: orbitali sp
• 4 legami disposti ai vertici di un
tetraedro (angolo di legame 109°) e
distanze di legame tutte uguali.
• Legami semplici con altri atomi di
carbonio (scheletri di molecole a
catena più o meno lunga).
• Legami semplici con eteroatomi:
alogeni (F; Cl; Br; I), O, N, P etc.
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Combinazione lineare di orbitali
atomici: orbitali sp2
• 2 Legami semplici (singoli) disposti
ai vertici di un triangolo equilatero
(angolo di legame 120°) e distanze
di legame tutte uguali.
• Legami semplici con altri atomi di
carbonio (scheletri di molecole a
catena più o meno lunga).
• 1 Legame doppio: 1 legame s
(ibrido sp2) + legame p (orbitale pz).
• Legami doppi con altri atomi di
carbonio e eteroatomi: O, N.
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Combinazione lineare di orbitali
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atomici: doppio legame carboni sp
• Lunghezza del legame C=C: 1.33 Å (1.54 Å legame
semplice);
• Energia di legame 152 Kcal/mole (88 Kcal/mole per il
legame semplice).
• Rotazione impedita attorno al legame (richiede la
rottura del legame p)
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Combinazione lineare di orbitali
atomici: orbitali sp
• 2 Legami disposti lungo un asse.
• 1 Legame semplice con altri atomi di
carbonio (scheletri di molecole a
catena più o meno lunga).
• 1 Legame triplo: 1 legame s (ibrido
sp) + 2 legami p (orbitali py e pz).
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Combinazione lineare di orbitali
atomici: triplo legame carboni sp
• Lunghezza del legame C≡C: 1.20 Å;
• Energia di legame 200 Kcal/mole.
• Rotazione impedita attorno al legame (richiede la
rottura di 2 legami p
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Elettroni delocalizzati e struttura
del benzene (I)
In certe molecole organiche, come il benzene, la
struttura dei legami tra atomi richiede una spiegazione
particolare. Secondo la soluzione proposta da Kekulè
nel 1865, la struttura del benzene è un ibrido di
risonanza di due forme limite che differiscono per la
posizione dei doppi legami.
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Elettroni delocalizzati e struttura
del benzene (II)
In termini di orbitali, gli orbitali p non ibridati di ciascun
atomo di carbonio, si sovrappongono lateralmente
dando origine ad una nube elettronica delocalizzata
sopra e sotto l’anello esagonale benzenico. I sei
elettroni presenti in questa nube sono condivisi tra tutti
gli atomi di carbonio (delocalizzazione). Questa
caratteristica rende tale tipo di molecole molto stabile.
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