1.8 : Geometria molecolare e momenti dipolari

VSEPR theory helps to determine electron-pair geometries and molecular geometries.

A series of steps is used to predict the geometry and bond angles of molecules, such as phosphorus trichloride.

The first step is to draw the Lewis structure of the molecule.

Next, count the total number of electron groups on the central atom. Around phosphorus, there are four electron groups: three bonding pairs and one lone pair.

Now, determine the electron-pair geometry. The electron-pair geometry is tetrahedral. However, because of the lone pair, the molecular geometry is trigonal pyramidal. The lone pair reduces the bond angle to less than 109.5°.

Bonding electron pairs are not always shared equally between the two bonding atoms.

In a covalent bond like that of hydrofluoric acid, the electrons are pulled toward the more electronegative atom, indicated by a partial charge. Such bonds are called polar bonds.

The charge separation creates a vector called the bond dipole moment, which is indicated by the Greek letter µ. Its value is the product of the magnitude of the partial charges and the distance between them.

Dipole moments are commonly expressed in debyes. One debye is equal to 3.336 × 10⁻³⁰ coulomb-meters.

The vector points from the less to the more electronegative atom and indicates the bond dipole moment. Its length is proportional to the magnitude of the electronegativity difference between the two atoms. Most diatomic molecules containing atoms of different elements have dipole moments and therefore are polar molecules.

In polyatomic compounds, the net dipole moment is determined by the individual bond dipole moments and geometry of the compound.

Consider a water molecule with two polar bonds. It has a bent shape and is a polar molecule.

In contrast, a carbon dioxide molecule is linear. The two carbon–oxygen bonds are polar but are oriented in opposite directions, canceling out each other's dipole moment and making the overall molecule nonpolar.

La teoria VSEPR può essere utilizzata per determinare le geometrie delle coppie di elettroni e le strutture molecolari come segue:

Scrivi la struttura di Lewis della molecola o dello ione poliatomico.
Conta il numero di gruppi di elettroni (coppie solitarie e legami) attorno all'atomo centrale. Un legame singolo, doppio o triplo conta come una regione di densità elettronica.
Identifica la geometria della coppia di elettroni in base al numero di gruppi elettronici.
Utilizza il numero di coppie solitarie per determinare la struttura molecolare. Se più di una disposizione di coppie solitarie e legami chimici è possibile, scegliere quella che minimizza le repulsioni.

Momento dipolare di una molecola

Quando atomi con diversa elettronegatività formano un legame, gli elettroni vengono attratti verso l’atomo più elettronegativo, lasciando un atomo con una carica parziale positiva (δ+) e l’altro atomo con una carica parziale negativa (δ–). Tali legami sono chiamati legami covalenti polari e la separazione della carica dà origine ad un momento dipolare di legame. L'entità del momento di dipolo di legame è rappresentata dalla lettera greca µ ed è data da:

μ = Qr

dove Q è l'entità delle cariche parziali (determinata dalla differenza di elettronegatività) e r è la distanza tra loro. I momenti di dipolo sono comunemente espressi in debye, che è pari a 3.336 × 10^-30C·m.

Il momento di dipolo di legame è un vettore rappresentato da una freccia che punta lungo il legame dall'atomo meno elettronegativo verso l'atomo più elettronegativo, con un piccolo segno più sull'estremità meno elettronegativa.

Un'intera molecola può anche avere una separazione di carica, a seconda della sua struttura molecolare e della polarità di ciascuno dei suoi legami. Tali molecole sono dette polari. Il momento dipolare misura l'entità della separazione di carica netta nella molecola nel suo insieme. Nelle molecole biatomiche, il momento di dipolo di legame determina la polarità molecolare.

Quando una molecola contiene più di un legame, è necessario tener conto della geometria. Se i legami in una molecola sono disposti in modo tale che la somma vettoriale dei loro momenti di legame è uguale a zero, allora la molecola è non polare (ad esempio, CO₂). La molecola dell’acqua ha una struttura molecolare piegata e i due momenti di legame non si annullano. Pertanto, l'acqua è una molecola polare con un momento dipolare netto.

Questo testo è stato adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 7.6 Molecular Structure and Polarity.

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