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Le regole per scrivere le formule di struttura

Rosanna mi chiede cosa si intende per soluzione acquosa e quali sono i passi da seguire per disegnare la formula di struttura di un composto.
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Rosanna ha scritto: Gentile professoressa ho bisogno del suo aiuto per capire alcuni concetti. Cosa si intende per soluzione acquosa? Quali sono i passi da seguire quando bisogna disegnare le formule di struttura? Spero mi possa aiutare. Grazie in anticipo per la disponibilità.   Ecco la risposta: Una soluzione acquosa è una miscela omogenea che si forma quando uno o più soluti si disciolgono nel solvente acqua. L’acqua del rubinetto è un esempio di soluzione acquosa; essa, infatti, contiene disciolti alcuni sali che sono così finemente dispersi che le sue proprietà fisiche (densità, conducibilità elettrica, ecc.) risultano le stesse in ogni suo punto.   Per quel che riguarda le formule di struttura, esse si possono ottenere, a partire dalla configurazione elettronica esterna degli elementi costituenti il composto, applicando le seguenti regole.
  1. Si scrive lo scheletro della molecola posizionando i simboli degli elementi costituenti il composto in modo da mostrarne la collocazione nella molecola; per far ciò va tenuto presente che
    1. l'idrogeno è sempre terminale
    2. quando la molecola contiene 3 o più atomi, essi vanno disposti simmetricamente intorno a un atomo centrale
    3. l’atomo centrale è, in genere, quello a più bassa elettronegatività.
  2. Si contano gli elettroni di valenza degli atomi nella molecola e si divide il risultato per ottenere il numero di coppie elettroniche da distribuire tra gli atomi della molecola.
  3. Si sistemano per prime le coppie di elettroni necessarie a unire tra loro gli atomi della molecola; per rappresentare una coppia elettronica si utilizza un trattino.
  4. Si completa l’ottetto di ciascun atomo disponendo intorno a essi le coppie elettroniche restanti.
  5. Se le coppie elettroniche non sono sufficienti a completare l’ottetto si formano doppi o tripli legami in modo da annullare quante più cariche formali è possibile.Per esempio, se la molecola contiene gli atomi H, C e N
  • l’atomo centrale è C perché ha minore elettronegatività di N e perché H può essere soltanto terminale
  • gli elettroni di valenza sono in totale 10 (1 dell’idrogeno + 4 del carbonio + 5 dell’azoto) e le coppie elettroniche sono 5
  • lo scheletro risulta H-C-N; due coppie elettroniche sono utilizzate per unire i 3 atomi e ne restano da sistemare altre 3
  • se si dispongono tutte e 3 intorno all’azoto, si completa il suo ottetto ma non quello del carbonio; per completare l’ottetto del carbonio due delle 3 coppie elettroniche vanno disposte tra C e N in modo che essi condividono in totale 3 coppie di elettroni e sono quindi uniti da un triplo legame
  • se si completasse per primo l’ottetto del carbonio utilizzando due delle 3 coppie elettroniche, non si completerebbe l’ottetto dell’azoto; per completarlo si dovrebbe comunque formare un triplo legame tra C e N
  • la coppia elettronica rimanente resta sull’azoto; la formula di struttura pertanto diventa H-C≡Nι.
Tieni comunque presente che, per individuare la corretta collocazione degli atomi in una molecola, è spesso necessario avere ulteriori indizi; negli ossiacidi, per esempio, l’idrogeno è legato all’ossigeno e non all’atomo centrale. Nell’acido solforico, H2SO4, pertanto, l’atomo centrale è S e ad esso sono legati due atomi di ossigeno e due gruppi O-H. Quanto scritto dovrebbe comunque bastarti per scrivere le formule di struttura delle molecole più semplici.

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