In una molecola come l'acqua o l'adenosina trifosfato, gli atomi sono tenuti insieme da legami covalenti. Legami covalenti sono formati attraverso la condivisione di elettroni. Formando un legame covalente rilascia energia, mentre rompere uno prende energia. La forma di una molecola è determinata dalle interazioni tra atomi. Ci sono diversi diversi modelli chimici uso per capire e prevedere le forme delle molecole.
VSEPR
Valence shell electron pair repulsione, o VSEPR, è un modo semplice di pensare a molecole ed è sorprendentemente bravi a prevedere la geometria di una molecola. In sostanza, VSEPR dice che legami covalenti sono formati da coppie di elettroni, e coppie di elettroni che non prendono parte in obbligazioni sono chiamate coppie solitarie. Poiché gli elettroni si respingono, obbligazioni e coppie solitarie sono disposte intorno ad un atomo in modo tale che essi sono più lontani possibile. In VSEPR, un legame doppio (due coppie di elettroni) o un triplo legame (tre coppie di elettroni) si suppone di esercitare la stessa quantità di repulsione come un singolo legame, mentre una coppia solitaria esercita un po ' di più. Basato su VSEPR, poi, si sarebbe prevedere che l'angolo tra i due legami O-H nell'acqua sarebbe un po ' meno di 109,5 gradi, mentre tutti i tre atomi attaccati al carbonio in formaldeide sarà sullo stesso piano, con un angolo di circa 120 gradi tra le obbligazioni.
Teoria del legame di valenza
Nonostante la sua precisione sorprendente, VSEPR ha i suoi svantaggi. Per uno, non è quantitativo. Per un altro, ti dà un'idea di ciò che la molecola avrà un aspetto simile, ma non vi dico perché. Teoria del legame di Valenza (VBT) supera queste carenze descrivendo molecole in termini di meccanica quantistica. In VBT, gli orbitali (regioni dello spazio intorno ad un atomo che un elettrone può occupare) di atomi può diventare forma combinata o ibridate di orbitals ibridi con forme ben definite matematicamente. Un legame tra gli atomi è una regione dove gli orbitali si sovrappongono. Obbligazioni in cui la regione di sovrapposizione orbitale si trova lungo l'asse internucleare sono chiamati legami sigma, mentre obbligazioni in cui la regione di sovrapposizione orbitale ha un piano nodale (uno spazio non occupato da elettroni) lungo l'asse internucleare sono chiamati legami π. Un doppio legame è formato da un legame σ e un legame π, mentre un singolo legame è sempre solo un legame di sigma. Le forme e gli orientamenti di ibridato e unhybridized orbitali sono ciò che determina la geometria della molecola in questa teoria.
Teoria degli orbitali molecolari
VBT fa un buon lavoro che descrive molte delle proprietà delle molecole, ma ha anche alcune carenze. Per fare un esempio, VBT non può spiegare perché l'ossigeno è paramagnetica (debolmente attratto da un magnete in presenza di un campo magnetico). Teoria degli orbitali molecolari, o MO, supera questi inconvenienti. In teoria MO, si presume che, quando gli atomi formano un legame, loro orbitali atomici hanno combinato di orbitali molecolari modulo sviluppa su dell'intera molecola. Una combinazione di un numero qualsiasi di orbitali atomici si forma lo stesso numero di orbitali molecolari. Se la forma di un orbitale è tale che c'è un'alta probabilità che saranno trovati suoi due elettroni tra gli atomi nella molecola, contribuisce a tenere insieme la molecola e viene chiamato un legame orbitale. Un orbitale in cui gli elettroni non verranno trovati tra gli atomi (c'è un nodo tra gli atomi, in altre parole) contribuisce a destabilizzare la molecola e viene chiamato un antilegame orbitale. Gli elettroni in un orbitale di legame hanno energia più bassa che gli elettroni in un orbitale di antilegame.
Cosa sta davvero succedendo?
Gli studenti di chimica, spesso, vogliono sapere se la teoria degli orbitali molecolari o teoria del legame di valenza è un modo "più corretto" per descrivere una molecola. Teoria di MO è la migliore descrizione della struttura molecolare perché supera alcune delle limitazioni della teoria VB; Inoltre, è più facile da utilizzare nei calcoli che la teoria del VB. Sia teoria VB e MO sono modi diversi di pensare la stessa cosa, tuttavia, e teoria VB è molto utile per capire la struttura e la reattività di molti tipi di composti organici. Di conseguenza, chimici organici spesso utilizzano VB teoria e teoria MO - MO teoria per calcoli o per comprendere sistemi π-coniugato come benzene e teoria VB per una comprensione qualitativa della struttura delle molecole.