Legame chimico

Si ha un legame chimico quando una forza di naturaelettrostatica tiene uniti più atomi in una specie chimica(legami forti, o primari o intramolecolari) o più molecolein una sostanza allo stato condensato (legami deboli, osecondari o intermolecolari).I legami chimici “più forti” hanno un contenuto energe-tico maggiore e sono più difficili da rompere, mentre ilegami minori hanno un contenuto energetico minore esono più facili da rompere. Da ciò deriva che le molecoleche hanno al loro interno legami chimici più deboli sonopiù instabili.[1]

Inoltre tanto più un legame è forte, tanto minore è lalunghezza del legame, essendo la forza che tiene uniti gliatomi maggiore.[2]

1 Natura elettrostatica del legamechimico

La natura del legame chimico si può spiegare facilmenteosservando le forze coulombiane interagenti tra le mo-lecole. Prendiamo ad esempio il catione H2

+: esso è co-stituito da due nuclei di H e da un elettrone. Indichiamocon Hₐ il primo nucleo di idrogeno e con H l'altro nucleodi idrogeno. A ciascuno dei due nuclei è associata unafunzione d'onda elettronica, rispettivamente 1sₐ e 1s , lacui combinazione lineare forma l'orbitale molecolare Ψ.Ψ avrà valori bassi tra i due nuclei, mentre crescerà avvi-cinandosi ad essi e poi decrescerà allontanandosi nuova-mente da essi. Quindi se si considera un elettrone, ovverouna carica negativa posta tra i due nuclei, esso sarà sotto-posto a forze attrattive da parte dei due nuclei che sarannocontrobilanciate da quelle repulsive fino a quando non sisarà raggiunta la stabilità del sistema; quindi l'elettronesarà caduto in una buca di potenziale dalla quale gli sa-rà difficile uscire. In tal modo si è formato un legamechimico.

2 Legami primari

I legami chimici primari sono le forze che tengono unitigli atomi che formano le molecole. Un legame primario èattuato dalla condivisione o dal trasferimento di elettro-ni tra atomi e dall'attrazione elettrostatica tra protoni edelettroni. Tali legami generano il trasferimento di un nu-mero intero di elettroni, detto ordine di legame, anche se

in alcuni sistemi vi sono quantità intermedie di carica, co-me nel benzene, in cui l'ordine di legame è 1,5 per ogniatomo di carbonio. I legami primari sono generalmenteclassificati in tre classi, in ordine di polarità crescente:

3,281,91,70

PURO POLARE IONICO

0,4

DEFINIZ.

INCERTA

1 2 3

2.1 Legame covalente

Il legame covalente è il legame che si instaura tra dueatomi appartenenti ai non metalli (uguali o aventi diffe-renza di elettronegatività - scala di Pauling - compresa tra0 e 1,9) che mettono in compartecipazione una coppia dielettroni (detti coppia di legame) in un orbitale esterno cheabbraccia entrambi gli atomi. Il legame covalente vienerappresentato da un trattino che congiunge i due atomilegati.

2.1.1 Legame covalente puro

Un legame covalente puro (o apolare) è un legame cova-lente che s’instaura fra due atomi appartenenti allo stes-so elemento. In pratica si stabilisce una interazione (cioèil legame) tra atomi dello stesso tipo: è il caso tipicodell'idrogeno, dell'ossigeno, dell'azoto atmosferico, ecc.

Essendo la nube elettronica distribuita simmetricamente,il legame risulta non polarizzato.I legami covalenti che si formano fra due atomi che condi-vidono due coppie di elettroni prendono il nome di doppiolegame. I legami covalenti che si formano fra due atomiche condividono tre coppie di elettroni prendono il nomedi triplo legame.Per constatare il numero di legami covalenti formatisi fradue atomi bisogna conoscere la valenza dell'atomo de-gli elementi considerati e dopo aver fatto questo scopri-

1

2 3 LEGAMI SECONDARI

re quanti elettroni gli mancano per essere stabili (regoladell'ottetto).es. N=azoto V gruppo= 5 elettroni di valenza (+ 3elettroni per completare l'ottetto)I legami fra due atomi di azoto sono un triplo legame.

2.1.2 Legame covalente polare

Il legame covalente polare si instaura tra due atomi condifferenza di elettronegatività compresa tra 0,4 e 1,7 o1,9. In questo caso, gli elettroni coinvolti nel legame risul-teranno maggiormente attratti dall'atomo più elettronega-tivo, il legame risulterà quindi polarizzato elettricamente,cioè ognuno degli atomi coinvolti nel legame presenteràuna carica elettrica parziale.

Quando una molecola è tenuta coesa da soli legami cova-lenti puri o possiede una simmetria tale da annullare reci-procamente le polarità dei suoi legami covalenti risulteràcomplessivamente apolare. Invece una molecola costitui-ta da due atomi legati fra loro da un legame covalente po-lare è polare (o dipolo elettrico); ciò non significa, in gene-re, però che la molecola abbia una carica elettrica perchénella sua totalità essa è elettricamente neutra. Si può pre-vedere facilmente la struttura polare di una molecola nelcaso essa sia biatomica.

2.2 Legame di coordinazione o dativo

È un tipo particolare di legame covalente detto dativo, inquanto i due elettroni coinvolti nel legame provengono dauno solo dei due atomi.L'atomo che “dona” al legame la sua "coppia solitaria",cioè entrambi gli elettroni appaiati presenti in un suo or-bitale viene detto “datore”. L'altro, che mette a disposi-zione un orbitale esterno vuoto (cioè con due posti vuotiche possono essere occupati da due elettroni) o che rior-ganizza la sua configurazione elettronica per accoglierela coppia di elettroni (cioè ad esempio spostare due elet-troni presenti su di un orbitale dispari su di un altro or-bitale dispari, liberando di fatto un orbitale) viene detto“accettore”.Il legame dativo può essere rappresentato con una frec-cia, dal donatore all'accettore, o più impropriamente puòessere indicato con un doppio trattino.

2.3 Legami delocalizzati e legame metalli-co

Alcuni legami covalenti, detti delocalizzati, possono le-gare insieme tre o più atomi contemporaneamente, comenei borani e nei composti aromatici.

2.3.1 Legame metallico

La forma più estrema di delocalizzazione del legame co-valente si ha nel legame metallico. Secondo questo model-lo un metallo può essere rappresentato come un reticolocristallino di ioni positivi tenuti uniti da una nube di elet-troni condivisi estesa a tutto il reticolo (mare di Fermi);essendo tali elettroni non legati a nessun atomo partico-lare, risultano essere estremamente mobili; tale mobili-tà è responsabile della elevata conducibilità elettrica deimetalli.

2.4 Legame ionico

Il legame ionico è un legame tra ioni con carica di segnoopposto. Tali ioni si formano da atomi aventi differenzadi elettronegatività superiore al limite convenzionale di1,7 - 1,9: in queste condizioni, l'atomo più elettronegati-vo (quindi caratterizzato da una elevata energia di ioniz-zazione ed elevata affinità elettronica, quindi più espo-sto ad attrarre a se un elettrone) priva l'altro atomo menoelettronegativo (caratterizzato da una bassa energia di io-nizzazione ed una affinità elettronica quasi assente, quin-di con meno possibilità di attrarre a se un elettrone) diun elettrone; il primo atomo diventa uno ione con caricanegativa (ione negativo), il secondo uno ione con caricapositiva (ione positivo).Questo legame è di natura prettamente elettrostatica;l'arrangiamento degli atomi nello spazio non ha la dire-zionalità del legame covalente: il campo elettrico gene-rato da ciascuno ione si diffonde simmetricamente nellospazio attorno ad esso.È il tipo più semplice di legame chimico, sia dal punto divista concettuale sia da quello della sua descrizione ana-litica, essendo interpretabile in base alle leggi classichedell'elettrostatica.Tali legami si rompono durante il processo disolvatazione.

3 Legami secondari

I dipoli molecolari possono originare delle forze diattrazione intermolecolari.I legami intermolecolari sono essenzialmente costituitidalla reciproca attrazione tra dipoli statici - è il caso dellemolecole polari - o tra dipoli e ioni - è il caso, ad esempio,di un sale che si scioglie in acqua.

6.1 Tipi di legame chimico 3

Nel caso dei gas nobili o di composti formati da moleco-le apolari la possibilità di liquefare viene spiegata tramitela formazione casuale di un dipolo temporaneo quandogli elettroni, nel loro orbitare, si trovino casualmente con-centrati su un lato della molecola; tale dipolo induce nellemolecole vicine a sé uno squilibrio di carica elettrica (ilcosiddetto dipolo indotto) che genera reciproca attrazionee provoca la condensazione del gas. Il legame viene quin-di prodotto da queste particolari forze di attrazione detteforze di dispersione o di Van der Waals.Un caso particolare di legame intermolecolare, che puòanche essere intramolecolare quando la geometria dellamolecola lo consente, è il legame idrogeno.Un atomo di idrogeno legato ad un atomo di ossigeno (odi fluoro), a causa della sua polarizzazione positiva e del-le sue ridotte dimensioni, attrae con un'intensità relati-vamente elevata gli atomi di ossigeno (e di fluoro e, inmisura minore, di azoto) vicini.Tale legame, benché debole, è responsabile dellaconformazione spaziale delle proteine e degli acidi nu-cleici, conformazione da cui dipende l'attività biologicadei composti stessi.Come ordine di grandezza, l'entità delle varie forze dilegame può essere indicato dalla seguente tabella:

4 Note[1] A tale proposito, un esempio è dato dalla moleco-

la di etilene rispetto alla molecola di etano. Nel casodell'etilene, i due atomi di carbonio sono legati da due le-gami: un legame σ, più forte, e un legame π, più debole.Nella molecola di etano invece i due atomi di carboniosono legati da un singolo legame σ. Per questo motivo, lamolecola di etilene è più instabile rispetto alla molecola dietano, in quanto in seguito a riscaldamento si ha l'aperturadel legame π, che è più debole.

[2] Infatti il legame chimico funge da forza attrattiva, alla qua-le è contrapposta una forza di tipo repulsivo (che aumentadi intensità al diminuire della distanza), per cui la posizio-ne reciproca degli atomi è una posizione di equilibrio datadall'azione contrastante delle due forze. Per approfondire:potenziale di Lennard-Jones.

[3] La lunghezza di legame è espressa in pm e può essere con-vertita in Å dividendo per 100 (1 Å = 100 pm). L'energiaè espressa in kJ/mol. Dati presi da .

5 Bibliografia• Paolo Silvestroni, Fondamenti di chimica, 10ª ed.,CEA, 1996, pp. 38-97, ISBN 88-408-0998-8.

6 Voci correlate• Elettronegatività

• Forza di van der Waals

• Dipolo molecolare

• Polarità delle molecole

• Scissione (chimica)

• Triangolo di Van Arkel-Ketelaar

6.1 Tipi di legame chimico

• Antilegame

• Legame covalente

• Legame di coordinazione

• Legame ionico

• Legame idrogeno

• Legame metallico

6.2 Caratteristiche del legame chimico

• Energia di legame

• Angolo di legame

• Energia di dissociazione di legame

• Lunghezza di legame

• Regole di Fajans

7 Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini oaltri file su legame chimico

8 Collegamenti esterni• Il legame chimico

• (EN) IUPAC Gold Book, “chemical bond”

4 9 FONTI PER TESTO E IMMAGINI; AUTORI; LICENZE

9 Fonti per testo e immagini; autori; licenze

9.1 Testo• Legame chimico Fonte: https://it.wikipedia.org/wiki/Legame_chimico?oldid=73008694 Contributori: Alfio, Frieda, Danilo, Robbot, Bla-kwolf, M7, Paginazero, Alfiobot, Ariel, Biopresto, YurikBot, Ghazi85, Zwobot, LeonardoRob0t, Jalo, Ylebru, Gpvosbot, ChemicalBit,Chlewbot, Number 21, SashatoBot, Unstoppable87, Ernesttico, Larry Yuma, Ginosal, Johnlong, Thijs!bot, Osk, Furriadroxiu, Lukino24,Jaqen, Sansa, Giovannigobbin, .anacondabot, JAnDbot, Cisco79, Frazzone, Bumba, Marcookie, Rael, RevertBot, Mizardellorsa, Snow Bliz-zard, TXiKiBoT, VolkovBot, Avesan, Pazzoide87, Calabash, Loroli, BotMultichill, Formica rufa, SieBot, Trolley 77, Zardos, Phantomas,Tia solzago, WikiBotas, Ask21, Buggia, Dr Zimbu, Metralla, Valerio79, Darkicebot, Kibira, ^musaz, Tombot, SilvonenBot, DumZiBoT,Louperibot, Fir, IagaBot, IncolaBot, LaaknorBot, Peti610bot, Guidomac, Marco 27, Luckas-bot, Nallimbot, FrescoBot, Daniele Puglie-si, Jotterbot, AttoBot, To011, Xqbot, RibotBOT, MaxDel, Frigotoni, TobeBot, Riccardo.fabris, SignorX, AstaBOTh15, AXRL, Flippo,GrouchoBot, EmausBot, Aleksander Sestak, Taueres, MerlIwBot, Atarubot, Aplasia, Ciao come stai, Fringio, Fabyrav, Pil56-bot, RiccardoRovinetti, Odeonbigwey, Lucarosty, Botcrux, AlessioBot, Adalingio, ValterVBot, Euparkeria, Fullerene e Anonimo: 145

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