10.3: Previsione della geometria molecolare

Teoria VSEPR per la determinazione delle geometrie delle coppie di elettroni

La seguente procedura utilizza la teoria VSEPR per determinare le geometrie delle coppie di elettroni e le strutture molecolari:

1. Scrivi la struttura di Lewis della molecola o dello ione poliatomico.
2. Contare il numero di gruppi elettronici (coppie solitarie e legami) attorno all'atomo centrale. Un legame singolo, doppio o triplo conta come una regione di densità elettronica.
3. Identificare la geometria della coppia di elettroni in base al numero di gruppi di elettroni: lineare, planare trigonale, tetraedrico, bipiramidale trigonale o ottaedrico (come illustrato nella Figura 1, prima colonna).
4. Utilizzare il numero di coppie solitarie per determinare la struttura molecolare. Se è possibile più di una disposizione di coppie solitarie e legami chimici, scegliere quella che minimizzerà le repulsioni, ricordando che le coppie solitarie occupano più spazio dei legami multipli, che occupano più spazio dei legami singoli. Nelle disposizioni bipiramidali trigonali, la repulsione è ridotta al minimo quando ogni coppia solitaria si trova in posizione equatoriale. In una disposizione ottaedrica con due coppie solitarie, la repulsione è ridotta al minimo quando le coppie solitarie si trovano sui lati opposti dell'atomo centrale.

Le strutture molecolari sono identiche alle geometrie delle coppie di elettroni quando non sono presenti coppie solitarie. Per un particolare numero di coppie di elettroni, le strutture molecolari di una o più coppie solitarie vengono determinate in base alle modifiche della corrispondente geometria della coppia di elettroni.

Previsione delle strutture molecolari utilizzando la teoria VSEPR

I seguenti esempi illustrano l'uso della teoria VSEPR per prevedere le strutture molecolari.

Vediamo come determinare la geometria della coppia di elettroni e la struttura molecolare di CO_2 e BCl_3.

Scriviamo la struttura di Lewis della CO_2 come:

Questo ci mostra due doppi legami attorno all'atomo di carbonio: ogni doppio legame conta come un gruppo di elettroni e non ci sono coppie solitarie sull'atomo di carbonio. Utilizzando la teoria VSEPR, prevediamo che i due gruppi elettronici si dispongano sui lati opposti dell'atomo centrale con un angolo di legame di 180°. La geometria della coppia di elettroni e la struttura molecolare sono identiche e le molecole di CO_2 sono lineari.

Per prevedere la geometria della coppia di elettroni e la struttura molecolare di una molecola di TeCl_4, il primo passo è scrivere la struttura di Lewis di TeCl_4. Indica cinque gruppi di elettroni attorno all'atomo di Te: una coppia solitaria e quattro coppie di legame:

Ci aspettiamo che questi cinque gruppi elettronici adottino una geometria trigonale bipiramidale della coppia di elettroni. Per ridurre al minimo le repulsioni delle coppie solitarie, la coppia solitaria occupa una delle posizioni equatoriali. La struttura molecolare è quella di un'altalena.

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

La teoria VSEPR aiuta a determinare le geometrie di coppie di elettroni e le geometrie molecolari. Una serie di passaggi viene utilizzata per prevedere la geometria e gli angoli di legame delle molecole, come il tricloruro di fosforo. Come primo passo, si disegni la struttura di Lewis della molecola.

Quindi, si conti il numero totale di gruppi di elettroni sull'atomo centrale. Intorno al fosforo, ci sono quattro gruppi di elettroni, tre coppie di legame e una coppia solitaria. Ora si determini la geometria della coppia di elettroni.

La geometria della coppia di elettroni è tetraedrica. Tuttavia, per via della coppia solitaria, la geometria molecolare è piramidale trigonale. La coppia solitaria riduce l'angolo di legame a meno di 109, 5 gradi.

Lo stesso protocollo viene utilizzato per prevedere la geometria della coppia di elettroni e la struttura molecolare per l'anidride carbonica. La struttura di Lewis dell'anidride carbonica mostra i gruppi di due elettroni attorno all'atomo di carbonio, poiché ogni doppio legame conta come un gruppo di elettroni. I gruppi a due elettroni si orientano sui lati opposti dell'atomo di carbonio centrale con un angolo di legame di 180 gradi.

La coppia di elettroni e le geometrie molecolari sono identiche perché non ci sono coppie solitarie sull'atomo centrale e le molecole di anidride carbonica sono lineari. La struttura di Lewis del tellurio tetracloruro ha cinque gruppi di elettroni attorno all'atomo di tellurio:quattro coppie di legame e una coppia solitaria. I gruppi di elettroni hanno una geometria bipiramidale trigonale.

La coppia solitaria occupa una delle posizioni equatoriali e la molecola è a forma di altalena. Questi passaggi possono essere nuovamente utilizzati per determinare la geometria della coppia di elettroni e la struttura molecolare dell'anione tetracloruro di iodio. La struttura di Lewis ha sei gruppi di elettroni attorno all'atomo di iodio, quattro coppie di legame e due coppie solitarie.

I gruppi di elettroni hanno una disposizione ottaedrica. Le coppie di legame rimangono su un piano e le coppie solitarie sono posizionate su entrambi i lati di questo piano, riducendo al minimo la repulsione. La geometria molecolare è quadrata planare.