Legami Chimici e Regola dell'Ottetto

I LEGAMI CHIMICI

Gli atomi in natura tendono a legarsi tra loro, sia con atomi dello stesso elemento (O , Cl ,

2 2

N , H , ecc.) sia con atomi diversi formando composti (H O, HClO , ecc).

2 2 2 3

Perchè avvengono i legami

Dobbiamo focalizzare l’attenzione sugli elettroni. É infatti grazie a loro se gli atomi si

legano tra loro. Gli elettroni più importanti da questo punto di vista sono quelli più esterni

e ciò giustifica perchè gli elementi che hanno un comportamento chimico simile stanno

Regola dell’Ottetto

nello stesso gruppo della Tavola Periodica. Molti libri propongono la

come regola che spieghi la tendenza degli atomi a fare legami.

La Regola dell’Ottetto

Nella tavola periodica gli elementi dell’ottavo gruppo (che vanno da He a Rn) sono tutti

elementi allo stato gassoso atomico che non hanno alcuna tendenza a legarsi con altri

atomi, anzi, tendono ad allontanarsi da essi. Questi elementi in natura non si trovano mai

completa

in composti. La configurazione elettronica di questi elementi è nel senso che gli

elettroni hanno riempito tutti gli orbitali del livello energetico a cui appartengono (hanno

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una configurazione elettronica stabile – s p ).

Secondo la Regola dell’Ottetto, tutti gli altri elementi tendono a fare legami per assumere

la configurazione del gas nobile a loro più vicino. Quelli a destra (nella tavola periodica)

non-metalli”,

tendono quindi ad acquistare elettroni e sono chiamati “ quelli a sinistra

metalli”.

tendono invece a cedere alettroni e sono chiamati “ Quelli in posizione centrale

possono sia cedere che acquistare 4 elettroni, si comportano diversamente di volta in

“semimetalli”.

volta, e sono chiamati

- Gas Nobili: hanno la configurazione elettronica stabile

- Non Metalli: acquistano elettroni

- Metalli: cedono elettroni

- Semi Metalli: acquistano/cedono 4 elettroni.

La Regola dell’Ottetto è un’ipotesi che permette di “far quadrare i conti”, ma la

formazione dei legami tra atomi può anche essere spiegata con la Termodinamica (che

non ritiene valida la regola dell’ottetto).

Per esempio:

Secondo la regola dell’ottetto, il Sodio (Na) tenderebbe a perdere spontaneamente un

elettrone e perchè questo avvenga richiede una certa energia di ionizzazione; dall’altra

parte, il Cloro (Cl) tenderebbe invece ad acquistare un elettrone rilasciando una certa

quantità di energia che è però in inferiore a quella che sarebbe necessaria per strappare

un elettrone al Sodio.

- -

11 e 10 e [Ne]

→ - +

Na e + Na (Reazione Endoergonica – richiede energia)

- -

17 e 18 e [Ar]

→

- -

Cl + e Cl (Reazione Esoergonica – libera energia)

Il Cloro perde un elettrone che viene acquistato dal Sodio formando il Cloruro di Sodio

(NaCl). Secondo la regola dell’ottetto però non c’è abbastanza energia perchè questo

possa avvenire. Di fatto, il legame ionico avviene ed è spiegabile tramite la

Termodinamica: i due elementi fisicamente vicini e chiusi in un reticolo cristallino creano

un forte legame elettrostatico tra le rispettive cariche positive e negative.

Come avvengono i legami

Ci sono due modi tramite i quali possono avvenire i legami:

- L’elemento perde o acqua elettroni

- Per messa in compartecipazione di elettroni

Nel secondo caso, gli atomi mettono in comune gli elettroni che quindi “valgono” sia per

un atomo che per l’altro.

Ci sono tre tipi di legami:

- Legame covalente: 2 atomi che prendono elettroni

- Legame ionico: 1 atomo che cede elettroni e 1 atomo che li acquista.

- Legame metallico: 2 atomi che cedono elettroni

- -

Consideriamo l’elemento H (1 e ): il gas nobile a lui più vicino è He (2 e ). Se più atomi di

H sono presenti vicini tra loro, spontaneamente essi tendono a formare legami tra loro

formando la molecola stabile di idrogeno, H . Ovvero, condividendo ciascuno il proprio

2

elettrono con un altro atomo di H raggiungono la stabilità. Questi due elettroni orbitano

.

. .

intorno ad entrambi i nuclei così che entrambi abbiano il 1° livello energetico saturato.

e-

e- e- .

+ + + +

+

H ∙+ H ∙ H : H ovvero e-

Per fusione di orbitali atomici in singoletto si forma un orbitale molecolare che mantiene

le regole degli orbitali atomici (può contenere solo 2 elettroni che devono avere spin

opposto). Essendo i due atomi di H perfettamente uguali tra loro, i due nuclei sono sullo

stesso asse e l’orbitale formatosi è perfettamente simmetrico.

-

Consideriamo ora il Cloro, Cl (17 e ), al quale manca 1 sono elettrone per raggiungere la

configurazione elettronica del gas nobile più vicino. Se si avvicina ad un atomo di H, che

. -δ

necessita anch’esso di un elettrone, accadrà la stessa condivisione di prima.

e- . Notiamo però che in questo caso la condivisione è asimmetrica, cioè

spostata verso l’elemento con maggiore elettronegatività (forza

+δ e- d’attrazione degli elettroni di legame). L’elettrone dell’H passa meno

tempo insieme al suo nucleo originario e si quindi si dice che H

assume una parziale carica positiva, +δ (delta), mentre il cloro

assume una parziale carica negativa, -δ.

Aumentando la differenza di elettronegatività (per esempio utilizzando Li, Na, K, Rb) la

parte del “Cloro” diventerà sempre più cicciona, mentre l’altra sempre più piccola fino a

che non si arriverà ad avere un’energia abbastanza grande da strappare completamente

l’elettrone con la conseguente formazione di ioni. Uno avrà carica positiva (catione),

l’altro negativa (anione) e non essendoci un orbitale molecolare si parlerà di Legame

Ionico. In questo caso la regola dell’ottetto è soddisfatta e i due ioni rimangono insieme

per la forza elettrostatia (il polo positivo attrae il polo negativo).

La condivisione di elettroni e la formazione dell’orbitale molecolare si chiama Legame

Legame Covalente Puro

Covalente: se i due atomi coinvolti sono uguali si parla di o

Omopolare, Legame Covalente Eteropolare.

se invece i due atomi sono diversi si parla di

Il legame covalente può essere:

singolo,

- con un solo elettrone in singoletto (è il caso che quello visto fin’ora)

doppio,

- quando ci sono due elettroni in singoletto (vedi dopo)

triplo,

- quando ci sono tre elettroni in singoletto (vedi dopo)

dativo,

- quando un atomo condivide un doppietto (orbitale pieno), è sempre un

legame doppio.

I legami covalenti creano molecole. Il legame ionico invece crea composti ionici nei quali

+

gli ioni sono staccati ma attratti e adesi perchè hanno cariche opposte. Per esempio, Na

-

e Cl formano un solido ionico costituito da ioni dei due elementi molto vicini tra loro e

alternati: è un cristallo ionico nel quale non si evidenziano più le coppie iniziali e può

crescere all’infinito. Questo reticolo cristallino ha una struttura stabile, solida e ordinata

nello spazio. Gli ioni si separano solo in acqua quando le molecole di H O accerchiano i

2

singoli ioni che perdono ognuno un legame forte, ma ne acquistano tanti deboli.

Il Legame Metallico è per esempio presente in qualsiasi frammento di metallo perchè

tutti i metalli hanno una spiccata tendenza a cedere elettroni. In un metallo si assiste alla

formazione di un “mare” di elettroni nel quale vi sono una serie di cationi che vi si

stabilizzano. Questa struttura permette per esempio il funzionamento della corrente

elettrica perchè gli elettroni sono liberi di muoversi.

Legame Covalente Doppio, Triplo e Dativo

Avviene quando abbiamo due elettroni in singoletto. Per esempio:

→ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑

2

O s p s p

4 Il legame tra 2 atomi di O si può

rappresentare some in figura. In

Doppio Legame Covalente.

questo caso si tratta di