Come vengono determinati gli angoli di legame?

Il le posizioni degli atomi luno rispetto allaltro in un reticolo cristallino (solido) possono essere determinate mediante cristallografia a raggi X. Da queste posizioni è anche possibile calcolare accuratamente le lunghezze e gli angoli di legame.

Probabilmente il caso più memorabile di risoluzione della struttura geometrica di una molecola è stato Franklin e Gosling “cristallografia a raggi X del DNA , informazioni successivamente utilizzate da Watson e Crick per risolvere il mistero della struttura del DNA.

Per molti composti semplici (binari) le forme molecolari e gli angoli di legame possono anche essere determinati teoricamente (vedi link).

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• I ' vorrei aggiungere che gli angoli di legame (così come le lunghezze di legame) di molecole (semplici) in fase gassosa possono essere determinati mediante spettroscopia rotazionale. Quando si prende lo spettro rotazionale di una molecola, si possono determinare le costanti rotazionali che dipendono dalle masse degli atomi e dalle posizioni relative degli atomi. Quando uno o più atomi vengono sostituiti da un altro isotopo (ad esempio D per H) lapprossimazione di Born-Oppenheimer ci dice che le posizioni relative degli atomi nella molecola non cambiano (nellSE elettronico tutti i nuclei sono considerati di massa infinita al primo ordine).
• Le costanti rotazionali cambiano naturalmente e dal cambiamento di queste si possono determinare le posizioni relative. Naturalmente, più grande è la molecola, più sostituzioni sono necessarie. Le equazioni necessarie sono chiamate equazioni di Kraitchman.

Usiamo la repulsione della coppia di elettroni del guscio di valenza ( VSEPR) per prevedere la geometria di molecole e ioni legati covalentemente. Dopo aver determinato il modello e gli angoli previsti, eseguiamo calcoli utilizzando lequazione di Schrodinger non relativistica basata sui modi vibrazionali della molecola e li confrontiamo con i dati spettroscopici per concordanza.

Citando da questo tutorial ,

Il modello VSEPR può essere spiegato nel modo seguente. Sappiamo che un atomo ha un guscio esterno di elettroni di valenza. Questi elettroni di valenza possono essere coinvolti nella formazione di legami singoli, doppi o tripli, oppure possono non essere condivisi. Ogni insieme di elettroni, non condivisi o in un legame, crea una regione di spazio caricata negativamente. Abbiamo già imparato che cariche simili si respingono a vicenda. Il modello VSEPR afferma che le varie regioni contenenti elettroni o nuvole di elettroni attorno a un atomo si distribuiscono in modo che ogni regione sia il più distante possibile dalle altre.

Hai menzionato un angolo di 109,5 gradi. Questo angolo si riferisce a strutture con quattro regioni di alta densità elettronica attorno allatomo centrale.

Le seguenti strutture di Lewis mostrano tre molecole il cui atomo centrale è circondato da quattro nuvole di alta densità elettronica:

^{Fonte immagine}

Citando di nuovo da qui ,

Queste molecole sono simili in quanto ogni atomo centrale è circondato da quattro coppie di elettroni, ma differiscono nel numero di coppie di elettroni non condivise sullatomo centrale. Ricorda che, sebbene le abbiamo disegnate su un piano, le molecole sono tridimensionali e gli atomi possono trovarsi davanti o dietro il piano della carta. Quale geometria prevede la teoria VSEPR per queste molecole?

Prevediamo la forma del metano, CH4. La struttura di Lewis del metano mostra un atomo centrale circondato da quattro regioni separate di alta densità di elettroni. Ogni regione è costituita da una coppia di elettroni che legano latomo di carbonio a un atomo di idrogeno. Secondo il modello VSEPR, queste regioni ad alta densità elettronica si diffondono dallatomo di carbonio centrale in modo tale da essere il più distanti possibile luna dallaltra.

Puoi prevedere la forma risultante usando un polistirolo palla o marshmallow e quattro stuzzicadenti. Infila gli stuzzicadenti nella palla, assicurandoti che le estremità libere degli stuzzicadenti siano il più lontano possibile luna dallaltra. Se li hai posizionati correttamente, langolo tra due stuzzicadenti sarà di 109,5 °.Se ora copri questo modello con quattro pezzi di carta triangolari, avrai costruito una figura a quattro lati chiamata tetraedro regolare. La figura 7.8 mostra (a) la struttura di Lewis per il metano, (b) la disposizione tetraedrica delle quattro regioni ad alta densità elettronica attorno allatomo di carbonio centrale e (c) un modello di metano che riempie lo spazio.

^{Fonte immagine}

Dopo aver previsto langolo di legame appropriato dal modello VSEPR, basato su questo modello , si può iniziare a eseguire calcoli di energia associata a diversi modi vibrazionali della molecola utilizzando lequazione di Schrodinger non relativistica. Si confrontano quindi questi risultati con i valori osservati nei dati spettroscopici che verificano che il modello sia corretto.

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