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Antonello Santini » 17.Il legame chimico, covalente, covalente polare, ionico. La polarità delle molecole


Il legame chimico

Si definisce legame chimico la forza attrattiva che si stabilisce tra due o più atomi, uguali o diversi, permettendo loro di unirsi formando molecole o aggregati cristallini.


Natura del legame chimico

Gli atomi isolati, ad eccezione dei gas nobili e dei metalli allo stato aeriforme e ad alta temperatura, secondo la Teoria elettronica della valenza, enunciata nel 1916, tendono spontaneamente ad aggregarsi tra loro mediante interazioni per raggiungere una configurazione elettronica più stabile ossia stabilizzarsi in uno stato energetico minimo.


La regola dell’ottetto

La scoperta alla fine del secolo scorso dei gas nobili, elementi tanto stabili da rifiutare il legame con altri elementi ed anche con atomi uguali, fu alla base degli studi di G.N. Lewis che formulò ed enunciò una regola importantissima per comprendere la formazione dei legami chimici: Regola dell’ottetto.


Energia di legame

La stabilità acquistata dagli atomi che si uniscono mediante un legame chimico è espressa dall’energia di legame, definita come l’energia necessaria per rompere un dato legame chimico, misurata in Kilocalorie/mole o Kilojoule/mole. Essa è in stretta relazione con le caratteristiche energetiche degli atomi coinvolti, definite dall’energia di ionizzazione e dall’affinità elettronica. La distanza media tra due nuclei atomici uniti da un legame chimico è detta distanza di legame.


Il legame chimico: covalente, covalente polare, ionico. La polarità delle molecole


Il legame chimico: covalente, covalente polare, ionico. La polarità delle molecole


Il legame chimico: covalente, covalente polare, ionico. La polarità delle molecole


Legami forti: Il legame ionico

Si definisce legame ionico la forza di attrazione elettrostatica

che si stabilisce tra due ioni di carica opposta.

  • Il legame ionico si forma tra atomi o gruppi di atomi tra i quali sia avvenuto uno scambio di elettroni: l’atomo o il gruppo atomico che cede elettroni si trasforma in ione positivo (catione), l’atomo o il gruppo atomico che acquista elettroni si trasforma in ione negativo (anione).
  • Questo legame comporta una forte interazione attrattiva elettrostatica e si definisce ionico perché l’attrazione riguarda ioni di segno opposto, che si formano a partire da atomi neutri di elementi diversi con elettronegatività differente.

Il legame ionico

  • Il legame ionico si instaura tra atomi di elementi diversi aventi un’elevata differenza di elettronegatività, di solito superiore a 1,7.
  • È tipico dei sali e di molti composti che formano cristalli. Un es. è la formazione di cloruro di sodio, (in figura 1)
Ioni Na+  e Cl- nel cloruro di sodio

Ioni Na+ e Cl- nel cloruro di sodio

Figura 1

Figura 1


Il legame chimico: covalente, covalente polare, ionico. La polarità delle molecole


Legami forti: legame covalente

Il legame covalente si realizza con la condivisione di una o più coppie (doppietti) di elettroni da parte di due atomi, che acquistano una configurazione elettronica esterna stabile (ottetto).

  • Il legame covalente si distingue in: legame covalente puro, omopolare, polare, dativo.

Legame covalente puro od omopolare

Il legame covalente puro od omopolare si stabilisce tra atomi dello stesso elemento.

Nell’ultimo esempio in figura si forma un doppio legame covalente poiché ogni atomo di ossigeno ha due elettroni spaiati da mettere in comune.


Il legame chimico: covalente, covalente polare, ionico. La polarità delle molecole


Legame covalente polare

Il legame covalente polare si stabilisce tra atomi di elementi differenti tra cui esista una differenza di elettronegatività inferiore a 1,7. La coppia di elettroni sarà attratta dall’atomo più elettronegativo, che acquisterà una parziale carica negativa (δ-), bilanciata da una parziale carica positiva (δ+) sull’atomo meno elettronegativo. La molecola costituisce un dipolo elettrico.

Esempio

Esempio


Il legame chimico: covalente, covalente polare, ionico. La polarità delle molecole


Polarità delle molecole

Nel caso di molecole con più di due atomi, la presenza di legami polari non è sufficiente a stabilire se essa ha un momento dipolare, perché ciò dipende sia dai doppietti liberi eventualmente presenti sia dalla struttura geometrica della molecola. Ad es. nella molecola di H2O la polarità non è zero e la molecola è un dipolo.


Legame covalente dativo

Il legame covalente dativo si stabilisce quando la coppia di elettroni di legame proviene da uno solo dei due atomi (atomo donatore) e viene “ospitata” dall’altro atomo (atomo accettore).

Per esempio, nell’acido cloridico, HClO3, l’atomo di cloro (donatore) lega con legame dativo due atomi di ossigeno (accettori), il legame dativo si indica con una freccia →


Il legame chimico: covalente, covalente polare, ionico. La polarità delle molecole


Il legame chimico: covalente, covalente polare, ionico. La polarità delle molecole


Legami forti: Il legame metallico

Le proprietà dei metalli vengono interpretate in base a un modello, la cui struttura è caratterizzata da un insieme di ioni positivi immersi in un “mare di elettroni” (gli elettroni di valenza dei vari atomi) relativamente liberi di muoversi (cioè delocalizzati).

Il legame metallico è dovuto all’attrazione elettrostatica che si stabilisce tra gli elettroni di valenza “mobili” e gli ioni positivi.


Legami deboli o Forze intermolecolari

  • I legami deboli includono le interazioni tra molecole, sia polari sia apolari, e comprendono: le interazioni dipolo/dipolo e le interazioni tra molecole non polari (genericamente indicate come forze di van der Waals); il legame a idrogeno.
  • I legami intermolecolari hanno una forza nettamente inferiore rispetto a quella dei legami interatomici; anche se scarsa questa forza, è, comunque, significativa e importante per spiegare il comportamento dei composti molecolari.
J.D. Van der Waals

J.D. Van der Waals


Legami deboli o Forze intermolecolari

  • Le interazioni dipolo/dipolo: tra le estremità opposte delle molecole polari (per es. HCl) si esercitano reciproche attrazioni.
  • Le interazioni dipolo/dipolo indotto si verificano tra molecole con dipolo permanente che inducono la formazione di dipoli.
  • Le forze di van der Waals-London o dipolo istantaneo, interazioni tra molecole non polari, dovute a dipoli istantanei.

Legami deboli o Forze intermolecolari

Il legame a idrogeno o a ponte di idrogeno si stabilisce tra un atomo di idrogeno, legato covalentemente a un atomo di piccole dimensioni e molto elettronegativo (fluoro, ossigeno, azoto), e un altro atomo elettronegativo di una molecola vicina.

Il legame a idrogeno si manifesta in molecole fortemente polari come fluoruro di idrogeno HF, acqua H2O, ammoniaca, NH3.


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