Previsione della forma geometrica delle particelle: struttura molecolare e ibridazione degli orbitali atomici

TEMA 6. Predizione della forma geometrica delle particelle.
Conversazione:

1. Quali proprietà del legame covalente conoscete?

2. Quale proprietà del legame covalente determina la configurazione spaziale (geometria) delle particelle?
   Per descrivere la struttura spaziale delle molecole, è più comodo utilizzare il modello di ibridazione degli orbitali atomici proposto dallo scienziato americano L. Pauling.

3. Cos'è l'ibridazione degli orbitali atomici?

4. Quali tipi di ibridazione conoscete?

II. Sintesi e sistematizzazione delle conoscenze degli studenti.

1. Compiti per il lavoro autonomo: Considerate la configurazione spaziale delle particelle:

2. Fluoruro di berillio – BeF2.
   Figura 1. Struttura elettronica della molecola di fluoruro di berillio.

ibridazione sp degli orbitali atomici; 2 legami σ
La molecola BeF2 è lineare, l'angolo di valenza è 180°.
2. Cloruro di boro – BCl3.
Figura 2. Struttura elettronica della molecola di cloruro di boro

ibridazione sp2 degli orbitali atomici; 3 legami σ
La molecola BCl3 è piatta, triangolare, l'angolo di valenza è 120°.
3. Metano – CH4.
Figura 3. Struttura elettronica della molecola di metano

ibridazione sp3 degli orbitali atomici; 4 legami σ
La molecola CH4 è tetraedrica, l'angolo di valenza è 109°28'.
4. Ammoniaca – NH3.
Figura 4. Struttura elettronica della molecola di ammoniaca

ibridazione sp3 degli orbitali atomici; 3 legami σ
La molecola NH3 ha forma di piramide regolare, l'angolo di valenza è 107°3'.
5. Acqua – H2O.
Figura 5. Struttura elettronica della molecola di acqua

ibridazione sp3 degli orbitali atomici; 3 legami σ
La molecola H2O è angolare, l'angolo di valenza è 104°5'.
6. Etilene – C2H4.
Figura 6. Struttura elettronica della molecola di etilene

ibridazione sp2 degli orbitali atomici
La molecola C2H4 è piatta, triangolare, l'angolo di valenza è 120°.

2. Miglioramento delle abilità nel determinare il tipo di ibridazione degli orbitali atomici e la geometria delle particelle.
   Esercizio. Per determinare la struttura delle molecole in fase gassosa, a volte si utilizza il metodo dell'elettronografia, che permette di determinare le distanze interatomiche in una molecola in base all'intensità della dispersione elastica degli elettroni. Dai dati sperimentali, le distanze interatomiche nella molecola NCl3 sono risultate essere r(N-Cl) = 0,176 nm, r(Cl-Cl) = 0,283 nm. Stabilite quale figura geometrica formano i nuclei degli atomi in questa molecola. Quale tipo di ibridazione dell'atomo centrale descrive questa struttura molecolare?
   Soluzione: Tutti e tre i legami N-Cl nella molecola di NCl3 sono uguali. La molecola può avere la forma di un triangolo equilatero se l'atomo di azoto si trova nel piano formato dai tre atomi di cloro:
   Figura 7. Struttura elettronica della molecola di cloruro di azoto.
   Se l'atomo di azoto è fuori da questo piano, la molecola avrà la forma di una piramide triangolare.
   Nel primo caso, l'angolo tra i legami è ∠Cl-N-Cl = 120°, nel secondo caso ∠Cl-N-Cl ≠ 120°.
   Per trovare questo angolo, consideriamo il triangolo isoscele ΔCl-N-Cl.
   Usando il teorema del coseno:
   r(Cl-Cl)^2 = r(N-Cl)^2 + r(N-Cl)^2 – 2r(N-Cl)^2cos(∠Cl-N-Cl), da cui
   cos(∠Cl-N-Cl) = 1 – 0,283² / (2·0,176²) = – 0,293; cos(∠Cl-N-Cl) = 107°
   Ciò significa che la molecola ha forma di piramide triangolare. L'atomo centrale di azoto è in ibridazione sp.
   Risultato: piramide triangolare.
   ibridazione sp3.

III. Conclusioni della lezione. Compiti a casa.

1. Considerate la configurazione spaziale delle particelle SF6, BF3, C2H2.

2. Risolvete il problema: dai dati dell'esperimento di elettronografia, le distanze interatomiche nella molecola BI3 sono: r(B-I) = 0,210 nm. Determinate quale figura geometrica formano i nuclei degli atomi in questa molecola. Stabilite il tipo di ibridazione dell'atomo centrale.