Distanze e angoli di legame: coefficiente di mescolamento

Le distanze di legame degli elementi e le loro caratteristiche

Gli atomi di maggiori dimensioni presentano distanze di legame più grandi per poter ospitare anche gli elettroni dei gusci elettronici più interni. Questo fenomeno è particolarmente evidente negli atomi del secondo periodo, che risultano simili tra loro e utilizzano gli stessi orbitali per formare legami.

Tabella delle distanze di legame

Le distanze di legame più rappresentative espresse in Angstrom sono riportate nella tabella sottostante, che evidenzia le lunghezze dei legami semplici, doppi e tripli.

Le distanze di legame dei legami semplici sono relative a legami σ formati da orbitali ibridi sp³, ad eccezione di H; i legami σ formati da orbitali sp o sp² sono leggermente più corti, ma raramente di più di 0.1 Angstrom. È importante notare che gli atomi di maggiori dimensioni devono avere distanze di legame maggiori per poter accomodare gli elettroni dei gusci elettronici completi più interni.

Di solito, un legame più forte implica una distanza di legame più corta, poiché le forze di legame più intense avvicinano maggiormente i nuclei, vincendo la repulsione internucleare. Questo spiega la ridotta distanza osservata tipicamente nei doppi legami.

Angoli di legame e ibridazioni

Gli angoli di legame del carbonio possono essere previsti in base al tipo di ibridazione e sono generalmente vicini alle seguenti previsioni: 109.5° per quattro legami (ibridazione sp³), 120° per tre legami (ibridazione sp²), e 180° per due legami (ibridazione sp).

I legami tra gli atomi di carbonio sostituiti: variazioni negli angoli di legame

Quando si parla di molecole come il CCl₄ in cui gli atomi coinvolti sono uguali, gli angoli di legame rispettano le previsioni teoriche. Tuttavia, quando gli atomi sono diversi, possono verificarsi delle variazioni. Questo perché i diversi metodi sperimentali per determinare gli angoli di legame possono fornire valori leggermente diversi. È ragionevole pensare che, in presenza di sostituzioni non identiche, le variazioni degli angoli possano essere dovute all’ibridazione asimmetrica degli atomi di carbonio.

Ibraidazione asimmetrica: influenze sugli angoli di legame

Gli atomi di carbonio sostituiti con gruppi diversi mostrano un’ibridazione asimmetrica, con alcuni orbitali che possiedono più carattere s che p rispetto ad altri. Questo permette di posizionare meglio i diversi sostituenti attorno all’atomo di carbonio. Ad esempio, nel caso del propano CH₃CH₂CH₃, in cui gli atomi di carbonio sono ibridati sp³, l’angolo C-C-C è di circa 112° anziché 109.5° come previsto per gli ibridi sp³ normali.

Coefficiente di mescolamento nelle ibridazioni

Il coefficiente di mescolamento λ, che caratterizza gli orbitali ibridi utilizzati per la formazione dei legami σ o per ospitare coppie di elettroni non condivise, gioca un ruolo fondamentale. Il % di carattere s in ciascun orbitale può essere calcolato tramite la formula: % di carattere s = 100 / (1 + λ²).

Angoli tra orbitali ibridi: calcoli e confronti con la realtà sperimentale

Gli angoli tra due orbitali ibridi con diversi coefficienti di ibridazione possono essere calcolati usando apposite formule. Ad esempio, per gli orbitali sp² l’angolo dovrebbe essere di 120°, mentre per quelli sp di 180°. Tuttavia, nella pratica molecolare, come ad esempio nel caso del propano, gli angoli effettivamente osservati possono discostarsi da questi valori ideali.

Conclusioni

In conclusione, sebbene la teoria orbitale fornisca delle previsioni precise sugli angoli di legame in base all’ibridazione degli atomi di carbonio, è importante considerare che nella realtà molecolare possono verificarsi delle variazioni. Questo ci porta a comprendere meglio le sfumature dell’ibridazione asimmetrica e delle influenze dei diversi gruppi sostituenti sugli angoli di legame, pur mantenendo come riferimento i valori teorici ideali.