Anidride carbonica
Proprietà dell’anidride carbonica
Dalla struttura di Lewis del CO2 e del VSEPR, possiamo determinare che si tratta di una molecola lineare.
Guardiamo alcune delle proprietà fisiche della CO2.
| Proprietà | CO2 |
| punto di ebollizione | 195 (sublime) |
 Hf (298 K) |
-393.5 kJ/mol |
| energia di legame | 806 kJ/mol |
| Distanza di legame C-O | 1.16  |
| momento di dipolo | 0 D |
I legami C-O nell’anidride carbonica sono polari e tuttavia il momento di dipolo è zero perché i 2 dipoli di legame si annullano a vicenda.
Una cosa che possiamo capire guardando la struttura del CO2, è che il centro di carbonio della molecola deve essere elettrofilo. Un elettrofilo (amante degli elettroni) è un centro che è povero di elettroni e sarà attratto dai centri che sono ricchi di elettroni.
Anche se il numero totale di elettroni intorno al carbonio è 8, questo sovrastima la densità di elettroni. Questo carbonio è legato solo ad atomi di ossigeno altamente elettronegativi. Gli elettroni di legame saranno tutti più strettamente associati all’ossigeno che al carbonio.
Il legame nell’anidride carbonica
Dalla struttura di Lewis possiamo vedere che il carbonio nella CO2 deve fare 2 legami sigma e non ha coppie solitarie. Questo atomo sarà 2sp ibridato con i rimanenti orbitali atomici 2px e 2py.
Ogni ossigeno fa 1 legame sigma e ha anche bisogno di 2 orbitali per coppie di elettroni solitari. Questi devono essere ciascuno 2sp2 ibridati con un orbitale 2p rimanente. Uno degli ossigeni avrà un orbitale 2px da combinare con l’orbitale 2px del carbonio. L’altro ossigeno avrà un orbitale 2py che può combinarsi con l’altro orbitale p sul carbonio.
Un orbitale 2sp2 su O1 si combina con un orbitale 2sp su C per fare un orbitale molecolare sigma bonding e uno sigma antibonding. L’altro orbitale 2sp su C si combina con un orbitale 2sp2 su O2 per fare un altro insieme di orbitali molecolari sigma bonding e sigma antibonding.
I restanti 2sp2 dagli atomi di ossigeno diventano orbitali molecolari non leganti.
Il 2px di O1 si combina con il 2px di C per fare un orbitale molecolare pi legante e pi anti legante. Il 2py dell’O2 si combina con il 2py del C per fare un’altra serie di orbitali molecolari pi bonding e pi antibonding.
I 16 elettroni di valenza si riempiono attraverso i 2 orbitali pi bonding così c’è un doppio legame completo tra carbonio e ogni ossigeno.
Stati di ossidazione
Come avete visto sopra, il conteggio totale degli elettroni attorno agli atomi nell’anidride carbonica sovrastima seriamente la densità di elettroni attorno all’atomo di carbonio. Non ci aiuta a prevedere la reattività di questo atomo. Il formalismo dello stato di ossidazione può darci un’idea migliore della densità di elettroni intorno a un atomo e della sua tendenza ad aggiungere elettroni e a ridursi.
Per trovare lo stato di ossidazione degli atomi nel CO2,
- Disegnare la struttura di Lewis.
- Rottura dei legami dando tutti gli elettroni di legame al più elettronegativo dei 2 atomi. (Quando gli atomi sono uguali, dai ad ogni atomo 1/2 degli elettroni di legame.)
- Conta gli elettroni intorno ad ogni atomo e confronta il numero di elettroni con il numero di elettroni di valenza, proprio come fai per la carica formale.
- Usa i numeri romani invece dei numeri per designare lo stato di ossidazione.
Dagli stati di ossidazione, vediamo che il centro del carbonio è molto povero di elettroni e nel suo stato di ossidazione più alto possibile. Dovrebbe essere suscettibile di riduzione.
Accoppiamento riduttivo
Il sodio metallico ha un solo elettrone nel suo guscio di valenza. Ha una forte tendenza a perdere quell’elettrone e a diventare ossidato. Il carbonio nel CO2 è nel suo stato di ossidazione più alto. Dovrebbe avere la tendenza a guadagnare un elettrone e diventare ossidato.
Gli elettroni spaiati su due dei centri di carbonio ridotti possono combinarsi per formare un legame covalente nel prodotto, l’ossalato di sodio.
Addizione di idrossido
Il carbonio della CO2 è elettrofilo (povero di elettroni). L’ossigeno dello ione idrossido, HO-, ha una densità di elettroni in eccesso sull’ossigeno. Un centro ricco di elettroni che può formare un legame con un atomo di carbonio povero di elettroni è chiamato un nucleofilo (amante della carica positiva). Le frecce viola nello schema di reazione indicano il flusso di elettroni nella reazione.
