Cos'è la geometria molecolare?
La geometria molecolare è un termine che descrive la forma tridimensionale di una molecola, dato il numero di coppie solitarie e atomi legati che circondano un atomo centrale. Qualsiasi coppia solitaria - coppia non legata di elettroni - viene utilizzata per determinare la geometria della coppia di elettroni e deve essere considerata nella forma della molecola a causa della loro azione repulsiva sulle coppie di elettroni legati. Questa repulsione tra gli elettroni è ciò che influenza gli angoli tra gli atomi legati e le coppie solitarie che circondano l'atomo centrale. Questi angoli, piuttosto che il numero di atomi attaccati all'atomo centrale, definiscono la geometria molecolare delle molecole legate covalentemente. I grafici che confrontano la geometria della coppia di elettroni e la geometria molecolare sono comunemente usati per mostrare gli effetti delle coppie solitarie sulla forma della molecola, poiché le molecole senza coppie solitarie hanno la stessa geometria della coppia molecolare ed elettronica.
Una semplice teoria di come si comportano gli elettroni viene utilizzata per prevedere la forma di una molecola. La teoria della repulsione della coppia di elettroni della shell di Valence (VSEPR) afferma che le coppie di elettroni di valenza legate e solitarie si posizioneranno il più lontano possibile l'una dall'altra. Utilizzando questa teoria, la forma geometrica di semplici composti molecolari può essere determinata con precisione. Altri metodi, come la cristallografia a raggi X, sono necessari per descrivere la forma di molecole organiche complesse tra cui materiale genetico e proteine.
La molecola più semplice ha un atomo centrale con due atomi aggiuntivi legati ad esso. Secondo la teoria VSEPR, i due atomi legati si posizioneranno il più lontano possibile l'uno dall'altro, risultando in una forma molecolare lineare. Gli angoli tra i legami sono di 180 gradi. Le molecole legate in modo covalente con tre atomi che circondano un atomo centrale e nessuna coppia solitaria hanno una forma planare trigonale. Questa molecola ha angoli di 120 gradi tra i tre atomi attaccati e giace piatta su un unico piano.
Al fine di posizionare ogni atomo legato il più lontano possibile, una molecola con quattro atomi che circonda un atomo centrale e nessuna coppia solitaria ha una forma tetraedrica. Ogni angolo di legame è di 109,5 gradi, formando un tetraedro con l'atomo centrale all'interno. Allo stesso modo, con ogni atomo aggiuntivo legato all'atomo centrale, la forma cambia quando gli atomi legati si allontanano l'uno dall'altro. Con la presenza di coppie solitarie, la geometria molecolare dell'atomo cambia, poiché anche la coppia solitaria esercita repulsione. Una molecola con tre atomi e una coppia solitaria che circonda un atomo centrale avrà una forma piramidale trigonale, con l'atomo centrale nella parte superiore della piramide e i tre atomi attaccati spinti dalla coppia solitaria in una posizione sotto l'atomo centrale.