Legami chimici

Legami chimici

Un legame chimico comporta l’interazione tra gli elettroni dei singoli atomi degli elementi costitutivi che forma una connessione permanente tra di loro. Ciò si traduce nella formazione di un composto chimico. Solitamente i singoli elementi hanno proprietà diverse da quelle della molecola di cui fanno parte. La formazione di composti chimici attraverso il legame deriva dal fatto che gli elementi tendono a raggiungere lo stato energetico più basso possibile. Questo li rende chimicamente inerti. Gli atomi degli elementi sono attratti dalla configurazione elettronica più vicina all’elio nella tavola periodica (Gruppo 18). Ciò è espresso nelle regole del duplet e dell’ottetto . La regola del duplet descrive la tendenza degli atomi ad avere due elettroni di valenza sul guscio esterno. La regola dell’ottetto è simile in quanto gli elementi tendono ad avere otto elettroni di valenza. Le regole del dupletto e dell’ottetto sono riflesse dagli elementi chimici in quanto formano uno o più legami chimici. Il numero di legami che un atomo è in grado di formare è indicato come valenza . Tuttavia, un singolo elemento può essere caratterizzato da diverse valenze. Per caratterizzare completamente un legame chimico, spesso forniamo anche altre informazioni su di esso come la sua energia, la lunghezza del legame e la differenza di elettronegatività degli elementi costitutivi.

L’importanza dell’elettronegatività nella formazione del legame

L’ elettronegatività è un termine utilizzato per descrivere il fenomeno di attrazione di elettroni condivisi da parte degli atomi degli elementi che formano un determinato legame chimico. L’elettronegatività si riferisce direttamente all’energia di legame tra gli atomi. Il modo in cui gli elementi chimici raggiungono le configurazioni elettroniche del gas nobile più vicino nella tavola periodica, in altre parole come formano legami chimici, dipende direttamente dall’elettronegatività dei loro singoli componenti. Elementi particolari interagiscono con elettroni di altri atomi con intensità diverse, in linea con il modo in cui sono classificati su una scala creata da Linus Pauling ( Pauling Electronegativity Scale ). I metalli sono caratterizzati da bassi valori di elettronegatività. Di conseguenza, attraggono debolmente altri elettroni e cedono facilmente i propri elettroni. Sono anche chiamati elementi elettropositivi. Il cesio (o il francio ottenuto artificialmente) ha l’elettronegatività più bassa di 0,7. I non metalli si comportano diversamente. Il fluoro è l’elemento più elettronegativo (4.0) di tutti. I non metalli attraggono fortemente gli elettroni di valenza degli atomi a cui vogliono legarsi.

Tipi di legami chimici

Legami ionici

Si forma un legame ionico tra atomi metallici e atomi non metallici, che differiscono significativamente nella loro elettronegatività di Pauling. L’elemento più elettronegativo attrae gli elettroni che vengono aggiunti al suo guscio di valenza. Questa affinità fa sì che l’elemento abbia un eccesso di elettroni e quindi diventi uno ione negativo, o anione. Allo stesso tempo, l’atomo (elettropositivo) che ha perso i suoi elettroni ora ha una carenza di elettroni, quindi diventa uno ione positivo, o catione. Si presume che per formare un legame ionico, la differenza di elettronegatività dovrebbe essere almeno 1,7. Gli ioni risultanti (catione e anione) si attraggono l’un l’altro a causa dell’attrazione elettrostatica di ioni di carica opposta. Va notato, tuttavia, che nella vita reale non esistono legami ionici al 100%. La quota percentuale di questo legame dipende dalla differenza di elettronegatività tra gli atomi costituenti: maggiore è la differenza, maggiore è la quota percentuale di legame ionico.

Legami covalenti (atomici)

Un legame covalente si verifica tra atomi di non metalli che hanno una piccola differenza nella loro elettronegatività di Pauling. Gli elementi che formano un legame covalente “condividono” gli elettroni di valenza in modo tale che ciascuno di essi possa raggiungere lo stato energetico più basso possibile. La coppia di elettroni risultante è nota come coppia condivisa. Si trova tra gli atomi sotto forma di una nuvola di elettroni. Se c’è una differenza di elettronegatività tra gli elementi costitutivi, il legame covalente si polarizza e la coppia di elettroni condivisa viene spostata verso l’elemento con maggiore elettronegatività (che attrae più fortemente gli elettroni). La molecola diventa quindi un dipolo, cioè ha poli positivi e negativi. Se due atomi coinvolti nel legame covalente sono uguali, formano un legame covalente non polare. La coppia di elettroni non è spostata in nessuna direzione, perché la differenza di elettronegatività sulla scala di Pauling è 0.

Coordinare i legami covalenti

Questo è un tipo di legame in cui uno degli atomi cede la sua coppia di elettroni diventando il cosiddetto donatore. L’atomo in una molecola o in uno ione con un guscio di valenza incompleto diventa il cosiddetto accettore. Un altro nome per questo legame è legame dativo. Il legame covalente coordinato è simile al legame covalente in un certo senso. In questo caso, tuttavia, la condivisione di elettroni si verifica come risultato di un solo atomo che dona la sua coppia di elettroni.

Legami metallici

I legami metallici sono tipi speciali di legami che si trovano nei metalli e nelle loro leghe. I cationi nei metalli formano uno specifico reticolo cristallino e sono caricati positivamente. Gli elettroni viaggiano sui gusci di valenza degli atomi di metallo. Formano una nuvola di elettroni e si muovono liberamente tra i cationi metallici nel reticolo cristallino. Sono chiamati elettroni delocalizzati. Poiché sono caricati negativamente, bilanciano i cationi caricati positivamente, rendendo i metalli elettricamente neutri.

Interazioni intermolecolari

Ci sono molti composti nel mondo reale i cui atomi non sono collegati da legami chimici. Interagiscono tra loro come risultato di forze molto più deboli a corto raggio, chiamate forze di van der Waals e legami idrogeno.

Le forze di Van der Waals

Queste sono interazioni a corto raggio che si verificano tra molecole non polari. Svolgono un ruolo importante nelle macromolecole come i polimeri. Inoltre, influenzano lo stato fisico di specifici elementi della materia. L’esempio più comune delle attrazioni di van der Waals è la mina di grafite nelle matite. Mentre premi la matita sulla carta, gli strati di grafite (che sono debolmente legati l’uno all’altro) scivolano l’uno sull’altro e si depositano su una pagina.

Legami di idrogeno

I legami idrogeno sono circa 10 volte più deboli rispetto ai legami covalenti. Possono verificarsi all’interno di una singola molecola o tra diverse molecole. Si formano tra atomi di idrogeno legati ad atomi di elementi chimici elettronegativi e atomi di elementi altamente elettronegativi che hanno coppie di elettroni solitari. Questo tipo di attrazione chimica è caratteristico dei gruppi -OH, -SH e -NH ₂ . I legami idrogeno svolgono un ruolo importante in tutti i tipi di sistemi biologici. Porta all’associazione, cioè al tenere insieme gruppi di molecole più grandi, che ne modificano le proprietà come il punto di ebollizione, la densità o la solubilità.