Legami chimici - Iionico e covalente

Legami chimici

Nella tavola periodica degli elementi possiamo notare la divisione tra metalli e non metalli.
Possiamo infatti vedere che i metalli e i pochi semi metalli comprendono in effetti la maggior parte degli atomi; tutti allo stato solido a temperatura ambiente (tranne la famosa eccezione del mercurio che è liquido ma vbb).

Una delle proprietà chimiche dei metalli è quella di cedere elettroni.
Lo fanno per raggiungere la stabilità data dal famoso “ottetto” di elettroni nell’ultimo livello energetico.

Quell’ottetto che è già presente nei gas nobili (ad eccezione dell’elio che ha solo 2 elettroni) e per questo essi non cedono né acquistano elettroni, cioè sono “inerti” chimicamente.
Se tutti i metalli tendono a cedere uno o più elettroni , i non-metalli possono invece anche acquistare elettroni.
La capacità di un atomo di attirare elettroni quando prende parte a un legame chimico è misurata dall’ ELETTRONEGATIVITA’: più alto è il valore di elettronegatività di un atomo, maggiore è la sua tendenza ad attirare elettroni.
Osservando la tavola periodica, l’elettronegatività decresce andando verso il basso della tavola, e cresce andando verso destra. Ad esempio, l’atomo meno elettronegativo è dunque il Francio, e quello più elettronegativo è il Fluoro (che ha il valore di 4).
[Di solito gli studenti ricordano i 3 atomi più elettronegativi della tavola periodica con la sigla FON (si come l’asciugacapelli), che sta per Fluoro, Ossigeno e Azoto.]

Il legame ionico

Quando un metallo, come ad esempio il Sodio (Na), incontra un non-metallo come ad esempio il Cloro (Cl), il Sodio tende a cedere un elettrone, ed al Cloro serve proprio un elettrone per completare l’ottetto. Un atomo tende a cedere, l’altro ad acquistare. Il metallo (il Sodio) è poco elettronegativo, il non metallo (il Cloro) lo è molto di più. Risultato? L’elettrone del Sodio viene ceduto al Cloro. Ma in questo modo i due atomi perdono la loro neutralità elettrica, e diventano quindi IONI.
Il Sodio  uno ione positivo, CATIONE.
Il Cloro  uno ione negativo, ANIONE.
Si forma dunque il Cloruro di Sodio o sale da cucina.

Ma il legame in cosa consiste? Cosa tiene insieme le particelle cariche di Sodio e di Cloro? È la FORZA ELETTROSTATICA, per cui due cariche di segno opposto si attraggono. E come abbiamo visto, nel caso del Sodio e del Cloro si forma un composto ionico. Che però non è fatto di molecole come molti altri composti; qui non abbiamo coppiette Sodio-Cloro che costituiscono una particella a se stante. In questo caso, gli ioni Sodio e Cloro si dispongono a formare un reticolo geometrico tridimensionale chiamato RETICOLO CRISTALLINO (una disposizione molto ordinata in cui ogni ione Cloro è circondato da 6 ioni Sodio e viceversa).
Nel caso del Cloruro di Sodio solo 1 elettrone è transitato dal metallo al non metallo, ma non sempre le cose sono così semplici. I metalli del secondo gruppo, infatti, devono cedere 2 elettroni, e non 1, per raggiungere l’ottetto. Allora ad esempio, in un incontro tra Magnesio (che cede 2 elettroni) e il Bromo (che ne vuole uno solo), succede che per ogni Magnesio ci vogliono 2 atomi di Bromo. Anche in questo caso si forma un reticolo cristallino che ha caratteristiche un po’ diverse da quelle del Cloruro di Sodio.
Il legame covalente
Ma il legame ionico tra metallo e non-metallo non è il solo modo di unire gli atomi e formare composti. Cosa succede se mettiamo insieme 2 non metalli? (che possono essere diversi o uguali tra loro).
- Immaginiamo ad esempio un incontro tra atomi di Fluoro. Entrambi necessitano di 1 elettrone per completare l’ottetto. Nessuno dei 2 è dunque disponibile a cedere elettroni. La soluzione allora è la messa in comune di un elettrone ciascuno: una coppia di elettroni diventa comune ai 2 nuclei, e ruota attorno ad essi tenendoli insieme. Si è formato in questo modo un legame COVALENTE.
- Lo stesso avviene per la molecola di acqua: un legame covalente tiene insieme i 2 atomi di idrogeno con l’atomo di ossigeno. L’atomo di ossigeno ha bisogno di 2 elettroni per raggiungere la stabilità, l’idrogeno non cede il suo unico elettrone perché lui è lontano dall’ottetto, ma diventa più stabile se mette in comune il suo elettrone, e lo stesso vale per l’altro atomo di idrogeno: i 2 atomi di idrogeno metteranno in comune un elettrone ciascuno con l’ossigeno e si formerà la molecola di acqua.

Questa volta otteniamo quindi delle molecole vere e proprie (non un reticolo come per il legame ionico).
Le molecole di Fluoro e di acqua sono dunque 2 casi di legame covalente (legame che, ricordiamo, avviene tra non-metalli), ma c’è una differenza importante tra i 2 casi.
Riguarda la proprietà che abbiamo citato all’inizio, ovvero l’elettronegatività (che, ricordiamo, è la tendenza di un atomo ad attrarre elettroni durante un legame chimico).
• Ora, nel caso della molecola di Fluoro è chiaro che essendo formata da atomi uguali, uguale sarà il valore dell’elettronegatività, e quindi i 2 elettroni condivisi non saranno attratti preferenzialmente da uno dei 2 a discapito dell’altro.
• Nell’acqua la situazione è diversa; l’ossigeno è molto più elettronegativo dell’idrogeno, e quindi attrae con più forza gli elettroni messi in comune.
Possiamo immaginare una sorta di tiro alla fune in cui la fune costituisce gli elettroni messi in comune, tirati dall’elettronegatività dei 2 atomi. L’atomo più elettronegativo sposta la fune, cioè gli elettroni, verso di se; lo spostamento è tanto maggiore quanto maggiore è la differenza di elettronegatività tra i 2 atomi. Proprio come il tiro alla fune, è importante non quanto sei forte, ma quanto sei più forte dell’altro; cioè è determinante la differenza di elettronegatività piuttosto che il valore di elettronegatività.
Nell’acqua la differenza di elettronegatività tra Ossigeno e Idrogeni comporta lo spostamento verso l’ossigeno degli elettroni condivisi, e siccome gli elettroni sono caricati negativamente, la parte della molecola di acqua che contiene ossigeno si carica parzialmente negativamente. Non si tratta in questo caso di una carica netta, non si formano ioni come nel caso del legame ionico si forma una densità di carica negativa vicino all’ossigeno che si indica con δ-, e una densità di carica positiva vicino ai 2 idrogeni indicata con δ+. La molecola di acqua presenta quindi 2 poli, uno positivo e uno negativo, per questo motivo si dice che l’acqua è una molecola POLARE.
Il legame in questione si chiama LEGAME COVALENTE POLARE.