IL LEGAME COVALENTE. Teoria degli orbitali molecolari

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1 IL LEGAME COVALENTE Teoria degli orbitali molecolari

2 Gli orbitali MOLECOLARI Molecola biatomica omonucleare A-B Descrizione attraverso un insieme di ORBITALI MOLECOLARI policentrici, delocalizzati Gli elettroni vanno ad occupare ORBITALI MOLECOLARI σ, π, Valgono le stesse regole di riempimento considerate per gli orbitali atomici (Pauli + Hund) Risoluzioni esatte dell equazione d onda non sono ottenibili; quindi le espressioni matematiche delle molecolari devono essere ottenute indirettamente attraverso metodi di calcolo approssimati. Combinando n orbitali atomici otteniamo n orbitali molecolari.

3 Teoria degli orbitali molecolari - Il metodo della combinazione lineare degli orbitali atomici (LCAO) orbitale molecolare (OM) orbitali atomici (OA) Ψ=Σ c i Ψ i i c i = coefficienti costanti che determinano il contributo dei singoli orbitali atomici all orbitale molecolare risultante Sommatoria estesa a tutti gli orbitali atomici che si combinano insieme Ψ dv = V= I coefficienti c i vengono determinati imponendo la condizione di normalizzazione 3

4 Gli orbitali MOLECOLARI Molecola biatomica omonucleare A-B Metodo LCAO: Combinazione Lineare di Orbitali Atomici Ψ l = c A A + c B B Ψ a = c A A c B B 4

5 Gli orbitali MOLECOLARI Condizioni per potere applicare la LCAO: gli orbitali atomici devono avere energia simile; gli orbitali atomici devono sovrapporsi estesamente; gli orbitali atomici devono avere la stessa simmetria rispetto all asse di legame. 5

6 S = Ψ A Ψ B dv = 0 V= 6

7 Combinazioni di orbitali atomici permesse Combinazioni di orbitali atomici proibite 7

8 Gli orbitali MOLECOLARI della molecola H Vengono combinati gli orbitali s dei due atomi di idrogeno E σ s * Orbitale molecolare di antilegame s s σ s Orbitale molecolare di legame 8

9 Gli orbitali molecolari in H + Riempimento degli O.M. E H H + H + σ*s E s E s σs H + = (σ s ) aggregato paramagnetico 9

10 Gli orbitali MOLECOLARI: H Ψ = ( σ * s s, A s, B ) orbitale molecolare di antilegame ( Α Β ) di antilegame orbitali molecolari σ s A s B orbitale atomico orbitale atomico orbitale molecolare di legame ( Α + Β ) di legame σ Ψσ = ( s s, A + s, B ) 0

11 Gli orbitali MOLECOLARI σ e σ* σ* O.M. ANTILEGAME σ O.M. LEGAME

12 ORDINE di LEGAME O. L. = n elettroni - n O.M. legame elettroni O.M. antilegame

13 Gli orbitali MOLECOLARI: H E H H σ* s H s s σ s H = (σs) ordine di legame (H ) = - 0 = molecola diamagnetica 3

14 Gli orbitali MOLECOLARI: He E He He σ* s He s s σ s He = (σ s ) (σ* s ) ordine di legame (He ) = - = 0 Non esiste! 4

15 Gli orbitali MOLECOLARI: He + E He He + He + σ* s s s σ s He + = (σ s ) (σ* s ) ordine di legame (He + ) = - = 0.5 molecola paramagnetica 5

16 6 Gli orbitali MOLECOLARI Ione molecolare H + B B A A a B B A A l c c c c = Ψ + = Ψ ) ( ) ( sb sa a sb sa l = Ψ + = Ψ

17 7 Gli orbitali MOLECOLARI: H + ) ( ) ( sb sb sa sa l sb sa l + + = Ψ + = Ψ ) ( ) ( sb sb sa sa a sb sa a + = Ψ = Ψ O.M. ANTILEGAME O.M. LEGAME

18 Orbitali molecolari delle molecole biatomiche degli elementi del secondo periodo Per questi atomi vanno presi in considerazione gli orbitali atomici e Per gli orbitali atomici per motivi di simmetria abbiamo due diverse possibilità di sovrapposizione: σ* σ ne derivano gli orbitali molecolari σ e σ* 8

19 L altra possibilità di sovrapposizione porta alla seguente situazione: π* π Quindi otteniamo un orbitale molecolare di legame π e un orbitale molecolare di antilegame π* 9

20 Il riempimento degli O.M. σ x Molecole biatomiche degli elementi del periodo da O fino a Ne π y π z π y π z energia σ x σ σ 0

21 Teoria OM - Molecola O O: [He] 4 σ*( x ) π*( y ) π*( z ) E O : KK(σ ) (σ* ) (σ x ) (π y ) (π z ) (π* y ) (π* z ) ordine di legame (O ) = 8-4 π( y ) π( z ) = σ( x ) σ*() molecola paramagnetica σ()

22 σ x π y π z π y π z energia σ x σ σ

23 σ x π y π z σ x energia π y π z σ σ 3

24 Li :KK(σ) σ x Li π y π z σ x energia π y π z σ σ 4

25 Be :KK(σ) (σ * ) σ x Be π y π z σ x energia π y π z σ σ 5

26 B :KK(σ) (σ * ) (π y ) (π z ) σ x B Molecola paramagnetica π y π z σ x energia π y π z Ordine di legame: σ σ 6

27 C :KK(σ) (σ * ) (π y ) (π z ) σ x C π y π z σ x Ordine di legame: energia π y π z σ σ 7

28 N :KK(σ) (σ * ) (π y ) (π z ) (σ x ) σ x N π y π z σ x Ordine di legame: 3 energia π y π z σ σ 8

29 O :KK(σ) (σ * ) (σ x ) (π y ) (π z ) (π * y ) (π * z ) O σ x Molecola paramagnetica π y π z π y π z Ordine di legame: energia σ x σ σ 9

30 F :KK(σ) (σ * ) (σ x ) (π y ) (π z ) (π * y ) (π * z ) F σ x π y π z π y π z Ordine di legame: energia σ x σ σ 30

31 Ne :KK(σ) (σ * ) (σ x ) (π y ) (π z ) (π * y ) (π * z ) (σ* x ) (Ne ) σ x π y π z π y π z Ordine di legame: 0 energia σ x σ non esiste! σ 3

32 O.M. e molecole con elettroni delocalizzati 6 atomi C, ognuno con e - in un orbitale z O.M. p nel benzene 3