I legami chimici...cosa c'è da sapere!?

Mi rivolgo soprattutto agli studenti di scuola superiore (per voi universitari approfondirò il discorso a breve!), per fare un po' di ordine prima di un compito o di un'interrogazione.

Ricordate che il tipo di legame tra particelle determina poi le proprietà della sostanza in fase aggregata!

Cominciamo....

Per completare il livello esterno e raggiungere la configurazione elettronica stabile dell’ottetto (8 elettroni esterni), un METALLO tende a cedere i propri elettroni esterni (1, 2 o 3) assumendo la configurazione elettronica del gas nobile che lo precede nella tavola periodica; mentre un NON METALLO, se interagisce con un metallo, acquista da esso gli elettroni che gli mancano, se, invece, interagisce con altri non metalli, condivide con essi gli elettroni esterni, in ogni caso tenderà ad assumere la configurazione elettronica del gas nobile che lo segue nella tavola periodica.

Generalmente, per fa questo, l’atomo subisce un riarrangiamento degli orbitali atomici esterni chiamato ibridizzazione o ibridazione.

L’ibridizzazione o ibridazione è una ricombinazione dei propri orbitali atomici che un atomo compie all’atto di formazione di un composto al fine di formare un maggior numero di legami covalenti e una distribuzione più simmetrica della densità elettronica e, quindi, una maggiore stabilità nel composto finale.

Gli orbitali ibridizzati prendono il nome dagli orbitali atomici usati; ogni combinazione ha una sua conformazione geometrica, generalmente con gli orbitali ibridi alla massima distanza angolare tra loro (per ridurre l'energia di repulsione):

›        L’ibridazione di tipo sp deriva dalla fusione di un orbitale s e di un orbitale p. I due orbitali ibridi sono orientati l’uno rispetto all’altro formando un angolo di 180°.

›        L’ibridazione di tipo sp₂ deriva dalla fusione di un orbitale di tipo s e due di tipo p. L’angolo di legame è di 120°.

›        L’ibridazione di tipo sp₃ deriva dalla combinazione di un orbitale di tipo s e tre p. Si ottiene così una struttura tetraedrica che presenta angoli di 109,5°.

Tipi di legame:

Il legame chimico è una qualsiasi interazione elettrica tra atomi che porta alla formazione di un aggregato stabile.

Può essere di due tipi principali:

›        Primario (intramolecolare, forte); cioè il legame inteso come forza tra atomi

›        Secondario (intermolecolare, debole); cioè non un vero e proprio legame chimico, bensì interazioni di tipo elettrico tra molecole già esistenti

› 

A sua volta i legami primari possono essere di tre tipi principali:   
Ionico    –     Covalente    –   Metallico

I legami secondari possono essere di due tipi principali: 
Interazioni di Van der Walls (che include le forze di London) 
e il Legame a Ponte d'Idrogeno 

** Il legame covalente può essere:

• Legame sigma (σ): si ha quando la sovrapposizione orbitalica avviene lungo l’asse congiungente i due nuclei (sovrapposizione coassiale) => la densità elettronica si concentra nella regione di spazio tra i due nuclei. (Per formarsi gli atomi utilizzano orbitali ibridizzati…)***
• Legame p-greco(π): si ha quando la sovrapposizione orbitalica avviene lateralmente (sovrapposizione laterale), la densità elettronica si concentra sopra e sotto l’asse internucleare e si ha quindi sovrapposizione minore rispetto al σ. (Per formarsi gli atomi utilizzano orbitali “p” non ibridizzati…)***

Il primo legame che si forma è perciò il σ, poi gli atomi ruotano finché possono creare il π; quando questo è formato, la rotazione è però bloccata. 

 

• legame semplice: i due atomi condividono una sola coppia di elettroni; è un legame di tipo sigma (σ), cioè ammette libera rotazione degli atomi legati l’uno rispetto all’altro.
• legame doppio: i due atomi condividono 2 coppie di elettroni; è caratterizzato dalla presenza di un legame sigma e uno p-greco (π) => σ + π
• legame triplo: i due atomi condividono 3 coppie di elettroni; è costituito da un legame di tipo sigma e due di tipo p-greco => σ + π + π

• legame covalente puro o omopolare o apolare: si forma tra atomi che hanno una differenza di elettronegatività tra 0 – 0,4
• legame covalente polare: si forma tra atomi che hanno una differenza di elettronegatività tra 0,4 – 1,7  ...  (se > 1,7 il legame è ionico!)
• legame dativo: è caratterizzato dal fatto che la coppia di elettroni messa in condivisione deriva da un solo atomo (donatore); l’altro (accettore) mette a disposizione un orbitale vuoto! (un legame dativo è sempre un legame singolo – σ)

***Condizione necessaria, ma non sufficiente affinché una molecola sia polare è che essa presenti almeno un legame covalente polare:

-          se la molecola presenta solo legami omopolari, essa sarà apolare

-          se la molecola presente dei legami polari, essa sarà polare solo se NON è simmetrica (altrimenti gli effetti di polarità si annullano a vicenda)..e questo dipende dalla forma (geometria) della molecola!

Il modello delle repulsioni fra coppie elettroniche del guscio di valenza, cioè la VSEPR, Valence Shell Electron Pair Repulsion, permette di prevedere la disposizione spaziale degli atomi legati a un atomo centrale in base al numero di coppie elettroniche esistenti nel guscio di valenza. A tale scopo, si considera che le coppie elettroniche (di legame e solitarie) occupino degli spazi sferici intorno al nucleo (sfere elettroniche).

Ciascuna coppia può essere localizzata fra due atomi (coppia di legame = X) o su un solo atomo (coppia solitaria = E). Le coppie di elettroni in un guscio di valenza si dispongono in modo da rendere massima la distanza di mutua separazione, ovvero, le coppie elettroniche si comportano come se esercitassero un reciproco effetto repulsivo: 

Video sull'ibridizzazione:

Video sulla VSEPR: