Molecola ossigeno
Come è fatta la molecola dell'ossigeno?
La molecola è la più piccola unità chimica di una sostanza (elemento o composto) che conserva le caratteristiche chimiche della sostanza stessa ed è capace di esistenza indipendente.
Una molecola è costituita da raggruppamenti di atomi con caratteristiche chimiche definite.
In questa lezione prenderemo in considerazione l'ossigeno, vedremo come è fatta la sua molecola, quale legame chimico unisce i due atomi di ossigeno e le proprietà generali della molecola stessa.
Qual è la formula chimica della molecola dell'ossigeno?
Ogni molecola è rappresentata da una formula chimica che specifica la tipologia e il numero di atomi che la compongono.
La formula chimica dell'ossigeno è O2: la molecola dell'ossigeno è pertanto una molecola biatomica omonucleare, costituita da due atomi di ossigeno (O) legati tra di loro.
Considerati gli isotopi dell'ossigeno (16O, 17O e 18O), le molecole biatomiche di ossigeno nell'aria consistono, secondo le proporzioni statisticamente attese, nelle possibili combinazioni di tali isotopi; le molecole più abbondanti sono pertanto: 16O16O, 16O18O e 16O17O.
Quale legame chimico unisce i due atomi di ossigeno?
Il legame chimico che unisce i due atomi di ossigeno è di tipo covalente puro; infatti la differenza di elettronegatività tra i due atomi coinvolti nel legame (O ed O) è chiaramente 0.
Le strutture di Lewis, per i principali elementi chimici della tavola periodica, possono essere così rappresentate:
Dalla tabella è possibile notare che l'ossigeno ha 6 elettroni di valenza. A ciascuno dei due atomi di ossigeno servono pertanto due elettroni per raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile successivo (neon).
Pertanto, per raggiungere l'ottetto, i due atomi di ossigeno devono condividere due coppie di elettroni (= ogni atomo di ossigeno condivide una coppia di elettroni).
Il legame chimico che si viene a formare è un doppio legame covalente, che viene rappresentato da due trattini posti tra i simboli chimici dei due atomi (O=O).
Due atomi di ossigeno (ciascuno con sei elettroni nel livello energetico esterno) quando si uniscono tra loro per formare la molecola dell'ossigeno O2 mettono in comune due elettroni ciascuno: in questo modo raggiungono la configurazione ad ottetto.
Più in particolare, nella molecola dell'ossigeno si ha un legame σ dovuto alla sovrapposizione frontale dei due orbitali atomici 2p (semipieni) che giacciono lungo l'asse molecolare O–O e un legame π dovuto alla sovrapposizione laterale dei due orbitali atomici 2p (semipieni) perpendicolari all'asse molecolare O–O.
Lunghezza di legame ed energia di legame
La lunghezza di legame è la distanza che intercorre tra i nuclei di due atomi legati chimicamente: la lunghezza di legame nella molecola dell'ossigeno è di 1,21 Å (angstrom), ovvero 121 pm (picometri).
L'energia di legame è invece l'energia necessaria per rompere il legame che unisce due atomi: l'energia di legame della molecola dell'ossigeno è di 494 kJ/mol.
Paramagnetismo
La molecola dell'ossigeno è paramagnetica per la presenza di due elettroni spaiati aventi spin uguali.
La teoria degli orbitali molecolari, oltre a spiegare il fenomeno del paramagnetismo, conferma che il legame che unisce i due atomi di ossigeno è doppio: data la configurazione elettronica dell'atomo di ossigeno, avente numero atomico Z = 8
si nota che due elettroni sono spaiati, con spin parallelo, e occupano orbitali degeneri di simmetria π.
Tale configurazione porta ad uno stato fondamentale di tripletto che comporta una elevata inerzia chimica (di ordine cinetico) nelle reazioni di ossidazione di molecole organiche diamagnetiche, reazioni che avvengono senza la conservazione del numero quantico totale di spin.
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