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Chimica inorganica
Elementi, composti e chimica di coordinazione: le basi di reattivita’ e pericolosita’.
In sintesi
- SN = (numero di atomi legati all’atomo centrale) + (numero di coppie solitarie sull’atomo centrale).
- Perché una coppia solitaria è più vicina al nucleo e occupa più spazio angolare di una coppia di legame, respingendo le altre coppie.
- Sempre nelle posizioni equatoriali, dove l’angolo con le coppie vicine è di 120° (minor repulsione) anziché 90°.
- No.
Il modello VSEPR permette di prevedere la forma di una molecola dal solo conteggio delle coppie elettroniche attorno all’atomo centrale. Lo strumento è il numero sterico (SN): atomi legati più coppie solitarie. Questi sei esercizi svolti coprono i casi tipici, dall’ottetto regolare all’ottetto espanso, fino alla polarità che ne deriva.
Esercizio 1 — Numero sterico e geometria di CH4, NH3, H2O
Determina numero sterico, geometria e angolo di legame per metano, ammoniaca e acqua.
| CH4 | 4 legami, 0 lp |
|---|---|
| NH3 | 3 legami, 1 lp |
| H2O | 2 legami, 2 lp |
Soluzione passo per passo
Tutti e tre hanno SN = 4 (geometria delle coppie tetraedrica), ma le coppie solitarie comprimono l’angolo:
SN(CH4) = 4 + 0 = 4 → tetraedrica, 109.5°
L’ammoniaca (1 lp) è piramidale a 107°; l’acqua, con 2 coppie solitarie, è piegata e l’angolo scende a 104.5°. Più coppie solitarie, maggiore la compressione angolare.
Esercizio 2 — Doppi legami e numero sterico: CO2 e SO2
Confronta anidride carbonica e anidride solforosa: stesso numero di atomi legati, geometrie diverse. Perché?
| CO2 | 2 legami (doppi), 0 lp |
|---|---|
| SO2 | 2 legami, 1 lp |
Soluzione passo per passo
Nel VSEPR un doppio legame conta come una sola direzione (un dominio elettronico). Per la CO2 l’atomo centrale ha due domini e nessuna coppia solitaria:
SN(CO2) = 2 + 0 = 2 → lineare, 180°
Nella SO2 lo zolfo ha invece una coppia solitaria (SN 3): la molecola è piegata a circa 119°. Stesso numero di atomi, geometrie opposte per via della coppia solitaria.
Esercizio 3 — Ottetto espanso: PCl5 e SF6
Determina la geometria di pentacloruro di fosforo ed esafluoruro di zolfo, molecole a ottetto espanso.
| PCl5 | 5 legami, 0 lp |
|---|---|
| SF6 | 6 legami, 0 lp |
Soluzione passo per passo
Atomi del terzo periodo in poi possono superare l’ottetto usando orbitali d. Per PCl5: SN 5 → bipiramide trigonale, con angoli di 120° (equatoriali) e 90° (assiali). Per SF6:
SN(SF6) = 6 + 0 = 6 → ottaedrica, 90°
L’SF6 è un ottaedro perfetto con tutti angoli a 90°.
Esercizio 4 — Coppie solitarie su ottetto espanso: SF4 e XeF2
Determina la forma molecolare del tetrafluoruro di zolfo e del difluoruro di xeno, dove le coppie solitarie si collocano nella bipiramide trigonale.
| SF4 | 4 legami, 1 lp (SN 5) |
|---|---|
| XeF2 | 2 legami, 3 lp |
Soluzione passo per passo
Entrambi hanno SN 5 (bipiramide trigonale di base), ma con coppie solitarie nelle posizioni equatoriali, dove l’ingombro è minore. L’SF4 (1 lp) assume la forma ad altalena (seesaw). Per lo XeF2:
SN(XeF2) = 2 + 3 = 5 → 3 lp equatoriali → lineare 180°
Le 3 coppie solitarie equatoriali lasciano i due fluori in posizione assiale: la molecola è lineare.
Esercizio 5 — Polarità dalla geometria: CO2 contro H2O
Entrambe le molecole hanno legami polari, ma una sola è polare nel complesso. Perché?
| CO2 | lineare, simmetrica |
|---|---|
| H2O | piegata, asimmetrica |
Soluzione passo per passo
La polarità molecolare è la somma vettoriale dei dipoli di legame. Nella CO2 (lineare, SN 2) i due dipoli C=O sono uguali e opposti: si annullano, μ = 0, molecola apolare.
CO2: μtot = 0 (dipoli antiparalleli)
Nell’acqua (piegata, 104,5°) i due dipoli O−H non si cancellano e si sommano lungo la bisettrice: μ ≈ 1,85 D, molecola polare. La forma, non i singoli legami, decide la polarità.
Esercizio 6 — Procedura completa: dallo scheletro alla forma
Determina geometria e polarità dello ione clorato ClO3− seguendo la procedura VSEPR completa.
| Elettroni di valenza Cl | 7 |
|---|---|
| Carica | −1 |
| O legati | 3 |
Soluzione passo per passo
1) Atomo centrale Cl, legato a 3 ossigeni. 2) Conteggio: 7 (Cl) + 1 (carica) = 8 elettroni di valenza disponibili sul centro; tre vanno nei legami σ con gli ossigeni, restano:
coppie solitarie = (8 − 3×2)/2 → 1 coppia solitaria
3) SN = 3 atomi + 1 lp = 4 → geometria delle coppie tetraedrica; con una coppia solitaria la forma molecolare è piramidale trigonale (come NH3). 4) L’asimmetria rende lo ione polare.
Domande frequenti
Come calcolo il numero sterico?
SN = (numero di atomi legati all’atomo centrale) + (numero di coppie solitarie sull’atomo centrale). Le coppie solitarie si ricavano da (elettroni di valenza del centro − elettroni impegnati nei legami σ) / 2. Un doppio o triplo legame contano come una sola direzione.
Perché le coppie solitarie restringono gli angoli?
Perché una coppia solitaria è più vicina al nucleo e occupa più spazio angolare di una coppia di legame, respingendo le altre coppie. Così l’angolo passa da 109,5° (metano) a 107° (ammoniaca) a 104,5° (acqua) man mano che aumentano le coppie solitarie.
Dove si mettono le coppie solitarie nella bipiramide trigonale?
Sempre nelle posizioni equatoriali, dove l’angolo con le coppie vicine è di 120° (minor repulsione) anziché 90°. Per questo SF4 è ad altalena e XeF2 è lineare, non a forma diversa.
Geometria delle coppie e forma molecolare sono la stessa cosa?
No. La geometria delle coppie considera tutti i domini (legami + coppie solitarie); la forma molecolare descrive la disposizione dei soli atomi. L’acqua ha geometria delle coppie tetraedrica ma forma molecolare piegata.
Come passo dalla geometria alla polarità?
Si sommano vettorialmente i dipoli di legame. Se la molecola è simmetrica (lineare, trigonale planare, tetraedrica con sostituenti uguali) i dipoli si annullano ed è apolare; se la simmetria è rotta da coppie solitarie o sostituenti diversi, resta un dipolo netto ed è polare.
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Avvertenza. Questo articolo ha finalità informative e divulgative e riflette la normativa vigente alla data di pubblicazione; le scadenze indicate possono essere modificate da provvedimenti successivi. Non sostituisce la verifica tecnica del singolo prodotto e del caso specifico. A cura della Redazione di ChimicaConforme.