Chimica generale/Il legame chimico

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Un legame chimico si ha quando gli atomi si uniscono fra di loro formando molecole. Esistono diversi tipi di legame chimico, ma tutti possono avvenire in due modi: per un trasferimento di elettroni da un atomo a un altro o per condivisione di elettroni. Verranno adesso descritti tutti i tipi di legame chimico che si possono avere, e il modo in cui avvengono.

Una regola generale che vale per tutti i tipi di legame consiste nel fatto che un legame si forma sempre per arrivare a una posizione più stabile per l'atomo. In generale la situazione di stabilità si ha quando viene raggiunto l'ottetto negli orbitali esterni dell'atomo, come nel caso dei gas nobili.

Legame ionico[modifica]

Un legame ionico è un legame che avviene tramite un trasferimento di elettroni, trasformando gli atomi in ioni e generando quindi forze di natura elettrostatica. Un esempio molto comune è quello del sale Na+Cl-: l'atomo di sodio si libera di un elettrone e diventa un ione positivo, l'elettrone liberato dal sodio viene preso dal cloro che diventa a sua volta un ione negativo. I due ioni così verranno tenuti assieme da forze di natura elettrostatica. In questo modo il sodio senza un elettrone arriva alla stessa configurazione elettronica del Neon, e il cloro con un elettrone in più arriva alla configurazione elettronica dell'argon, essendo il neon e l'argon due gas nobili. In realtà la formula NaCl è una formula che dà solo un'idea del rapporto fra gli atomi del composto: in realtà nel composto (essendo formato da un reticolo cristallino) è impossibile individuare una formula discreta (giacché non esiste).

La capacità da parte di uno ione di valere n volte quanto vale uno ione monovalente è detta valenza ionica dello ione o sua elettrovalenza. Essa coincide con il numero di cariche dello ione e cioè con il numero degli elettroni che l'atomo tende a captare o a cedere.
Dalla valenza ionica o elettrovalenza (numero di cariche dello ione), deriva la capacità degli atomi di molti elementi a combinarsi con gli atomi degli altri, per dare composti ionici.
Il legame ionico spiega l'unione di atomi di metalli con non metalli, col passaggio attraverso i rispettivi ioni di opposta carica.
Quando gli atomi si combinano intervengono solo gli elettroni dell'orbita più esterna che perciò si chiamano elettroni valenza.

Legame covalente[modifica]

Il legame covalente è un tipo di legame stabile, nel quale due elettroni vengono condivisi. La covalenza è il tipo di legame che interessa le sostanze organiche, che sono formate da molecole i cui atomi, pur essendo effettivamente legati fra loro, non conducono la corrente elettrica.

La formazione di legame covalente è sempre dovuta alla tendenza che hanno gli atomi ad arrivare ad una configurazione elettronica stabile dell'orbita esterna ma nel caso di legame covalente non avviene per scambio di elettroni ma per ripartizione di uno od alcuni di essi fra atomi uguali (per esempio il fluoro, molecola biatomica, che ha 7 elettroni esternamente e per raggiungere l'ottetto due atomi di fluoro si uniscono, cedendo l'un l'altro un elettrone in modo da far esistere una coppia comune di elettroni. Tale coppia è detto doppietto elettronico ed è responsabile della molecola biatomica del fluoro).

Valenza di coordinazione
Nella valenza propriamente detta il legame si stabilisce per formazione di un doppietto elettronico. Nella valenza di coordinazione contribuisce al doppietto un atomo solo. Esso si manifesta quando in una molecola sono presenti degli atomi i quali hanno un doppietto elettronico libero, cioè non legati ad altri atomi.
Legame semipolare
Il legame semipolare è basato contemporaneamente su una attrazione elettrostatica tra gli atomi e l'accomunanza di elettroni tra gli atomi stessi cioè un legame eteropolare (per elettrovalenza) che si sovrappone ad un legame omopolare (per covalenza).
Legame metallico
Il legame metallico è un legame che esiste tra gli atomi dei metalli, esso è forte e per allentarlo, cioè per portare i metalli allo stato liquido, occorre raggiungere temperature elevate. Gli elettroni di questi atomi sono buoni conduttori di elettricità.
Molecola polare
La molecola polare è una molecola nella quale esiste una distribuzione non simmetrica degli elettroni intorno al nucleo
Molecola non polare
La molecola non polare è una molecola nella quale esiste una distribuzione simmetrica degli elettroni intorno al nucleo
Composti ionici
I composti ionici sono duri, poco volatili, con punto di fusione ed ebollizione elevato, per lo più solubili in acqua ed in solvente polare (cioè con gli elettroni assimmetrici)
Composti covalenti non polari
I composti covalenti non polari sono volatili, con punto di ebollizione e fusione basso, per lo più poco solubili in acqua e solubili in solventi non polari.

Teoria della valenza e del legame chimico[modifica]

I problemi che interessano questo studio sono fondamentalmente di tre tipi diversi:

  1. Perché si formano le molecole, per esempio perché due atomi di idrogeno si uniscono per dare luogo ad idrogeno molecolare, mentre due atomi di elio non lo fanno
  2. Perché gli atomi formano composti in proporzioni ben definite, per esempio perché si uniscono due atomi di idrogeno e non tre
  3. Perché certe molecole hanno determinate strutture elettroniche

È chiaro che per risolvere questi problemi si dovrà risalire alla costituzione prima della materia cioè alla distribuzione e al comportamento degli elettroni che circondano il nucleo.

Si suppose dapprima che gli elettroni avessero una distribuzione statica, per cui le forze relative erano di natura elettrica cioè del tipo coulombiano, col che si potrebbero spiegare i cristalli ionici come AgI, NaCl, ma non la formazione di elementi come H2, Cl2, che non ammettono polarità diverse e quindi forze elettrostatiche di tipo coulombiano. Si introdusse così la teoria di Lewis che postula l'esistenza di un legame ad elettroni condivisi ma non dice come mai insorge questa condivisione.

Un passo avanti fu compiuto da Bohr nel 1913, che riprese le teorie allora imperanti sulla costituzione dell'atomo, cioè il modello planetario di Rutherford. Secondo questa teoria, l'atomo è costituito da un nucleo centrale nel quale è concentrata quasi tutta la massa e la carica positiva, circondato da elettroni che vi ruotano attorno. Il nucleo cioè è come il Sole e gli elettroni sono come i pianeti.

Le dimensioni di queste particelle:

  • l'elettrone dell'idrogeno si muove attorno al nucleo ad una velocità pari a 2.200 km/s., distanza 10-9 cm. dal nucleo e compie quindi 6,6.109 giri/s.

Da questo modello sorge la constatazione che lo spazio dove esiste la materia è per la maggior parte vuoto.
Si può avere un'idea di questo spazio vuoto se si pensa che se tutta la Terra si rimpicciolisse fino ad avere i nuclei a contatto uno con l'altro, essa costituirebbe una sfera di circa 100 m. di diametro, che potrebbe entrare in uno stadio di calcio; con lo stesso sistema la produzione annua di ferro in tutto il mondo potrebbe entrare in una scatola di fiammiferi, però avrebbe una massa tale che non si potrebbe appoggiare in nessun luogo e sprofonderebbe al centro della Terra.