Un legame chimico è un’attrazione duratura tra atomi, ioni o molecole che consente la formazione di composti chimici. Gli atomi tendono a interagire fra di loro per formare molecole o aggregati atomici o strutture molecolari generalmente stabili. L’interazione è di tipo elettrico e il legame è costituito da una distanza di equilibrio tra le forze attrattive e repulsive in gioco, da un’energia di legame ed eventualmente da alcuni parametri che caratterizzano l’orientamento spaziale.
Gli elettroni di valenza sono quelli che originano il legame, potendo essere trasferiti da un atomo all’altro o messi in comune, dando così luogo a diversi tipi di legame.
La valenza indica la proprietà di un atomo o di un gruppo di atomi di legarsi con altri atomi o gruppi; essa corrisponde al numero di elettroni che un elemento è in grado di acquistare (se elettronegativo), di cedere (se elettropositivo) o di porre in compartecipazione (valenza formale), per raggiungere la configurazione dello strato più esterno dei gas rari (valenza effettiva). Un atomo può avere una valenza che va da 1 fino a 8 (elemento monovalente, bivalente, trivalente ecc.). In genere, la valenza è variabile a seconda dei composti, tranne per alcuni elementi che la mantengono costante.
Osservando che i gas nobili sono molto stabili, poiché hanno una configurazione esterna costituita da 8 elettroni (a eccezione dell’elio che ne ha 2), Lewis introdusse la regola dell’ottetto: con la formazione di legami, ogni atomo tende ad acquistare, a perdere o a mettere in compartecipazione elettroni fino a raggiungere una configurazione elettronica esterna costituita da 8 elettroni.
In realtà, i metalli di transizione raggiungono la stabilità senza rispettare tale regola e gli elementi vicino all’elio, per esempio l’idrogeno e il litio, tendono a raggiungere una configurazione costituita da 2 elettroni.
Tipi di legame
Con legame chimico si indicano le interazioni tra atomi che portano alla formazione di molecole, di cristalli ionici o metallici. Rifacendosi al modello di Lewis, gli elettroni più esterni dei vari atomi interagiscono fra loro per completare gli orbitali del livello più esterno; perché ciò accada un atomo può assumere, cedere o mettere in comune elettroni.
Legame ionico – Il legame ionico si forma tra atomi con una grande differenza di elettronegatività e c’è un trasferimento netto di carica da un elemento all’altro, con la formazione di ioni positivi e negativi che sono uniti da forze elettrostatiche. Per esempio, fra un metallo e un non-metallo esiste una grande differenza di elettronegatività e si realizza un legame ionico; un legame ionico origina quindi un solido, per esempio la molecola del sale (NaCl) è formata da un legame ionico fra sodio e cloro.
Legame covalente – Si realizza quando la differenza di elettronegatività tra gli atomi è relativamente bassa (o nulla), cioè nessuno dei due atomi è in grado di strappare elettroni. In esso, fra i due atomi, si condividono una o più coppie di elettroni.
Se si realizza tra atomi dello stesso elemento è detto omeopolare (anche omopolare), altrimenti è detto eteropolare (o polarizzato). In altri termini, gli elettroni messi in comune possono essere divisi equamente o no fra i due atomi.
Un legame covalente fra due atomi ha caratteristiche stabili a prescindere dalla molecola in cui è presente.
Un particolare tipo di legame covalente è quello dativo, nel quale i due elettroni coinvolti nel legame provengono da uno solo (donatore, l’altro è detto accettore) dei due atomi.
Alcuni legami covalenti delocalizzati possono contemporaneamente legare insieme 3 o più atomi; il caso estremo è quello dei metalli (legame metallico) in cui, in un reticolo cristallino, una nube di elettroni condivisi estesa a tutto il reticolo (mare di Fermi) tiene insieme gli ioni positivi; poiché tali elettroni non sono legati a nessun atomo particolare, risultano essere estremamente mobili; tale mobilità è responsabile dell’elevata conducibilità elettrica dei metalli.
Legami misti – Occorre rilevare che i legami formati tra atomi di differenti elementi sono caratterizzati da un legame compreso tra quello ionico e quello covalente, essendo queste due descrizioni un’estremizzazione della realtà.
Legami σ e π – Quando gli atomi mettono in comune elettroni, gli orbitali possono sovrapporsi frontalmente dando luogo a legami σ (sigma) oppure lateralmente dando luogo a legami π (pi greco). Un legame semplice è di tipo sigma, un legame doppio è costituito da un sigma e un pi greco, un legame triplo da un sigma e due pi greco. La sovrapposizione laterale del legame pi greco genera un legame più debole dei legami sigma e rende la molecola resistente alla torsione.
Energia di legame
Si definisce energia di legame l’energia per mole necessaria a rompere un dato legame (allo stato gassoso).
L’energia di legame si misura in kcal/mol o in kJ/mol o in elettronvolt (unità di misura con la quale in fisica nucleare e subnucleare si indicano la massa e l’energia cinetica delle particelle; è pari all’energia cinetica che un elettrone acquista per effetto della differenza di potenziale di 1 V).
Vale l’equivalenza 1 eV=1,602·10-19 J.
La distanza di legame è la distanza tra i nuclei di due atomi legati. Un legame semplice fra due atomi di carbonio (mettono in comune un elettrone) è meno forte, ma anche più lungo di un legame doppio (più vicini sono gli atomi e più energia serve per separarli, cioè portarli a distanza infinita).
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