Legame chimico

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I legami chimici possono essere definiti come degli accoppiamenti di tipo energetico tra atomi; in altre parole quando un atomo non è in grado di acquistare un elettrone di cui ha però necessità, oppure quando è disposto a cedere un elettrone di cui invece non ha bisogno, allora si “mette in società” con un altro atomo, dando origine a quello che definiamo appunto “legame chimico”. In sostanza un legame chimico si manifesta in presenza di una forza elettrostatica che tiene uniti più atomi; si possono avere legami forti (detti anche primari o intramolecolari) che generalmente si instaurano tra atomi, oppure legami deboli (detti anche secondari o intermolecolari), i quali si manifestano generalmente tra molecole.

Come è possibile immaginare, i legami chimici “più forti” hanno un potenziale energetico maggiore e sono più difficili da rompere, mentre i legami deboli hanno un contenuto energetico minore e sono più facili da rompere. Da ciò deriva che le molecole che hanno al loro interno legami chimici più deboli sono più instabili.

Studiando la tavola periodica, si vede che tutti gli elementi, fatta eccezione per i gas nobili (quelli cioè dell’ultima colonna a destra), presentano gli ultimi strati energetici solo parzialmente occupati da elettroni: questo significa che ciascun elemento tende a cedere o ad acquistare elettroni in modo da raggiungere la configurazione di massima stabilità. In particolare, acquistando uno o più elettroni, un elemento tende a raggiungere la configurazione del gas nobile che lo segue, mentre invece, cedendo uno o più elettroni, tende a raggiungere la configurazione del gas nobile che lo precede.

Chiaramente, la tendenza ad acquistare o cedere elettroni è più o meno forte a seconda proprio del numero di elettroni più esterni, ossia a quello che potremmo definire il “grado di occupazione” degli orbitali più esterni: se sono molti gli orbitali vuoti con un solo elettrone, allora la tendenza sarà a cedere gli elettroni; se invece ci sono pochi orbitali non completi, allora la tendenza sarà a riempirli, acquistando elettroni.

Le teorie dei vari legami chimici devono essere in grado di spiegare una serie di importanti fenomeni riscontrati nella pratica:

  • in primo luogo, devono spiegare perché gli elementi si combinano, per formare i composti, secondo determinati rapporti e non altri;
  • in secondo luogo, dato che ogni reazione chimica che porta ad una trasformazione delle sostanze reagenti, come accade nella formazione di un composto, è sempre accompagnata da uno sviluppo o da un assorbimento di calore, esse devono predire la quantità di energia in gioco;
  • ancora, l’esistenza di particolari composti, chiamati isomeri, aventi la stessa formula bruta ma diverse proprietà chimiche e fisiche, impone la necessità di conoscere con esattezza come gli atomi siano legati tra loro negli elementi semplici e nei composti;
  • inoltre, le varie teorie devono poter interpretare sia la geometria delle molecole (ciò che si definisce configurazione sterica) sia anche le variazioni che si osservano nelle lunghezze di legame tra gli stessi elementi in composti diversi;
  • infine, devono aiutare a prevedere l’esistenza e le proprietà di composti non ancora noti.

Energia di legame

Si definisce energia di legame o “energia di dissociazione” quella quantità di energia che è necessaria per rompere il legame chimico (qualunque esso sia) tra due atomi in una molecola. L’energia di legame varia, a seconda del contorno, con scarti sostanzialmente piccoli; dunque è possibile distinguere diverse tipologie di energia di legame, a seconda del caso in cui si prenda in considerazione un atomo, una molecola, oppure interazioni sub-nucleari:

  • per un atomo, l’energia di legame è data dall’interazione elettromagnetica e prende il nome di energia di legame atomico;
  • in una molecola, l’energia di legame tiene uniti gli atomi costituenti mediante dei legami chimici; rappresenta l’energia che bisogna somministrare a una mole di molecole per suddividerle in singoli atomi. Quanto maggiore è l’energia per dissociare la molecola tanto maggiore deve essere l’energia di legame che tiene uniti i due atomi;
  • per un nucleo atomico l’energia di legame è l’energia necessaria a comporre il nucleo a partire dai singoli protoni e neutroni. Tale energia è data dall’forza nucleare forte, mediata dai pioni, e prende il nome di energia di legame nucleare;
  • in caso di interazioni subnucleari rappresenta l’energia che lega i vari quark all’interno di un adrone.
Legamekcal/mol
H−H104,2
C−C83,1
O−O33,2
C−O84
Na−Na18
O−H110,6
Na−Cl98
Energie di legame a 25 °C

Distanze ed angoli di legame

Le distanze di legame e gli angoli di legame servono a descrivere la geometria dei legami con cui due o più atomi si mettono insieme per formare molecole o agglomerati di atomi. Le distanze di legame dipendono molto dal tipo di atomi che si legano e dall’ordine di legame (che può essere semplice o multiplo); al contrario, dipendono poco dal particolare contorno. Gli angoli di legame, invece, dipendono per lo più dalle proprietà dell’atomo che si considera, il che spiega la regolarità osservata nelle geometrie delle molecole.

Tipologie di legame chimico

In tutti i legami tra atomi, a prescindere dalla loro natura (dei legami e degli atomi), sono sempre coinvolti gli elettroni periferici, altrimenti detti elettroni di valenza. In natura, esistono tre legami chimici diversi:

  • Legame ionico
  • Legame covalente
  • Legame metallico

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