Formule di lewis

FORMULE DI LEWIS

1) Un legame covalente può essere descritto come una coppia di elettroni condivisa da due atomi.

Si consideri la molecola Cl2, possiamo escludere la formazione di un legame ionico, infatti esiste un modo per i due atomi di conseguire simultaneamente una configurazione elettronica del tipo Argon. Se i due atomi di cloro mettono in compartecipazione una coppia di elettroni, la distribuzione degli elettroni di valenza viene illustrata come:

Cl + Cl  Cl : Cl

Questo tipo di legame è noto come legame covalente. Per convenzione la coppia di elettroni di legame viene indicata come una linea che congiunge i due atomi mentre gli altri elettroni sono rappresentati come coppie di punti:

Cl - Cl

Le coppie di elettroni non condivisi sono dette 'coppie elettroniche solitarie' o 'doppietti liberi'. Quando Cl2 solidifica forma una cristallo molecolare che risulta più debole di un cristallo ionico. L'uso di una linea per il legame covalente aiuta a definire la lunghezza di legame tra due atomi in una molecola.

2) Scrivendo le formule di Lewis si cerca sempre di soddisfare la regola dell'ottetto.

Si possono scrivere in modo sistematico le formule di Lewis usando il seguente metodo in quattro fasi:

1) Disporre l'uno vicino agli altri i simboli degli atomi presenti nella molecola. Spesso c'è solo un atomo di una determinata specie, è buon inizio assumere che questo atomo sia l'atomo centrale. Talvolta la disposizione corretta si trova per tentativi.

2) Calcolare il numero complessivo di elettroni di valenza nella molecola sommando il numero degli elettroni di valenza di tutti gli atomi che vi compaiono. Se la specie in esame è ionica anzichè molecolare, allora si deve tener conto della sua carica elettrica.

3) Indicare un legame covalente a due elettroni disegnando una linea tra gli atomi che si suppone siano legati tra loro.

4) Disporre adesso i restanti elettroni di valenza come doppietti liberi intorno a ciascun atomo, in modo da rispettare la regola dell'ottetto.

3) Nelle formule di Lewis gli atomi di idrogeno sono sempre terminali.

Gli atomi di idrogeno per raggiungere la stabilità dell'Elio (He) deve acquistare un elettrone, quindi gli unici legami possibili sono:

H-H e H-X:

Poichè un atomo di idrogeno completa il suo strato di valenza con un totale di due elettroni, gli atomi di idrogeno formano quasi sempre legami covalenti con un solo altro atomo e nelle formule di Lewis non sono mai atomi centrali, ovvero sono sempre atomi terminali.

4) Nelle formule di Lewis agli atomi possono venire assegnate cariche formali.

Spesso è utile assegnare cariche elettriche a ciascun atomo; tali cariche sono dette cariche formali perchè vengono assegnate arbitrariamente. In una formula di Lewis la carica formale si calcola usando l'equazione:

(carica formale)=(elettroni di valenza)-(elettroni nei doppietti)-1/2(elettroni condivisi)

È necessario sottolineare che le cariche formali non sono cariche reali, ma che possono essere usate per prevedere e correlare varie proprietà chimiche. Per mezzo delle cariche formali si può, inoltre, scegliere tra varie formule di Lewis quella corretta. Di solito, la formula di Lewis con la minore carica formale rappresenta la formula di Lewis preferita.

5) Non sempre è possibile soddisfare la regola dell'ottetto usando solo legami singoli.

A volte non è disponibile un numero sufficiente di elettroni per soddisfare la regola dell'ottetto per ciascun atomo, usando solo legami singoli. Un esempio è il C2H4 (etilene) che arriva ad avere solo 7 elettroni su ciascun atomo di carbonio; ma se gli atomi di carbonio mettono un elettrone ciascuno in compartecipazione si formerà un'altro legame. Quando due atomi sono uniti da due coppie di elettroni, si dice che tra essi è presente un legame doppio. Un doppio legame è più forte e più corto di un legame singolo ma è più debole di due legami singoli. È anche possibili l'esistenza di tripli legami come nel caso dell' N2.

:NN:  soddisfa la regola dell'ottetto

10) Molecole poliatomiche con legami polari possono essere non-polari.

Il momento dipolare è una grandezza che misura la polarità di una molecola. Il momento dipolare di una molecola biatomica si rappresenta di solito con una freccia (+). La croce sulla coda della freccia indica la carica positiva. La polarità di legame ha le stesse proprietà delle forze. Nella CO2,

+ +

O = C = O

la polarità di legame si controbilanciano esattamente annulandosi, quindi la CO2 non ha momento dipolare; in questo caso si parla di molecola apolare ed anche di molecola lineare, cioè tutti gli atomi si trovano sulla stessa linea retta. La molecola dell'H2O sembrerebbe apolare ma in realtà ha un momento dipolare dovuto alla sua geometria;

^ O ^ 

/ / | momento dipolare risultante

+ H H + +

Le formule di Lewis, quindi, suggeriscono la modalità con cui i vari atomi sono legati nella molecola, ma non dicono niente circa la disposizione tridimensionale degli atomi nella molecola.

9.1) Le formule di Lewis non rappresentano le forme delle molecole.

Le formule di Lewis indicano l'ordine e la modalità con cui gli atomi sono legati in una molecola, ma non offrono informazioni sulla forma effettiva della molecola stessa. Si consideri la molecola di diclorometano, CH2Cl2: una delle formule di Lewis del diclorometano è:

H

|

(1) Cl  C  Cl

|

H

Se da questa formula di Lewis deducessimo che il diclorometano è una molecola planare, allora dovremmo concludere che la formula di Lewis

Cl

|

(2) H  C  Cl

|

H

rappresenta una geometria differente del diclorometano. Nella formula (1), i due atomi di cloro si trovano da parti opposte a 180°, mentre nella formula (2) si trovano a 90°. Molecole con la stessa formula chimica, in questo caso CH2Cl2, ma diversa disposizione geometrica si chiamano isomeri geometrici. Gli isomeri geometrici sono specie molecolari diverse, quindi hanno proprietà chimiche e fisiche differenti, per esempio diverso punto di ebollizione, per cui si possono separare per distillazione.

In realtà non sono mai stati osservati due isomeri del diclorometano, perciò è sbagliato il presupposto che il diclorometano sia una molecola planare. Il fatto che esista solo un tipo di molecola di diclorometano suggerisce che i quattro legami formati dall'atomo centrale devono essere orientati in modo tale che esista un solo particolare modo in cui due atomi di idrogeno e due atomi di cloro siano legati ad un atomo centrale di carbonio. La proposta di una disposizione geometrica che spiegava convincentemente perchè non esistono isomeri geometrici del diclorometano ed altre osservazioni simili fu avanzata indipendentemente dal chimico olandese Jacoubs van't Hoff e dal chimico francese Joseph Le Bel nel 1874. Questi due chimici proposero che i quattro legami intorno all'atomo centrale di carbonio in una molecola come quella del metano, CH4, fossero diretti verso i vertici di un tetraedro regolare. Un tetraedro regolare è una figura solida con quattro facce identiche e quattro vertici equivalenti, in cui ciascuna faccia è un triangolo equilatero.

9.2) I quattro vertici di un tetraedro regolare sono equivalenti.

Da un modello si può vedere che i quattro vertici di un tetraedro