Comprendere i legami chimici: dai gas nobili alla tavola periodica

1.I Gas nobili e la regola dell'otteto:

Gas nobili e stabilità chimica

Quando due atomi si avvicinano per formare un legame chimico, solo gli elettroni più esterni vi partecipano, e questi prendono il nome di elettroni di valenza o di legame.

Gli elementi del gruppo VIII hanno valenza 8, ovvero hanno una configurazione elettronica che presenta 8 elettroni esterni (a eccezione dell’elio, He, che ne possiede solo due), e prendono il nome di gas nobili: sono particolarmente stabili.

Da qui deriva la regola dell'ottetto di Lewis del 1916:

“Un atomo è particolarmente stabile quando ha otto elettroni nello strato di valenza”.

Detto ciò, formando un legame chimico gli atomi cercano di raggiungere la configurazione esterna più stabile, e quindi l’ottetto, attraverso cessioni o acquisti di elettroni.

2.Il legame covalente:

Quali sono la formazione e i tipi di legami covalenti?

“Si forma quando due atomi mettono in comune una coppia di elettroni”.

E’ responsabile della formazione delle molecole, in tale legame gli elettroni sono condivisi da due nuclei positivi. Viene rappresentato con una lineetta o con due punti:

H-H oppure H ∙ ∙ H

Questo tipo di legame può avvenire tra atomi della stessa natura come nella molecola H₂, o di natura diversa.

I legami covalenti possono anche essere multipli e sono quello doppio e quello triplo (N₂ ha un triplo legame covalente, O₂ ha un doppio legame covalente).

-Legame covalente dativo: la coppia di elettroni comuni è fornita da uno solo degli atomi partecipanti al legame. Si verifica quando un atomo ha già raggiunto l’ottetto esterno, e se possiede ancora una o più coppie di elettroni liberi, si comporta da Donatore nei confronti di un atomo ACCETTORE, che quindi a sua volta raggiunge l’ottetto.

Il legame dativo viene rappresentato con una freccia anziché con una lineetta, e le coppie di elettroni condivise non si differenziano l’una dall’altra, qualunque sia la loro origine.

HClO: O

↑

O ←Cl—OH -> HClO₄ Acido perclorico

↓

H

Il legame dativo è molto importante perché giustifica la formazione di una vasta categoria di composti chiamati complessi o di coordinazione.

3.La scala dell'elettronegatività e i legami:

Elettronegatività e polarità dei legami

Legame covalente puro: avviene tra atomi identici che esercitano la stessa forza di attrazione sugli elettroni del legame.

Legame covalente polare: avviene tra atomi di natura diversa, che quindi eserciteranno sugli elettroni di legame una differente forza di attrazione. L’equilibrio totale della molecola non viene alterato e neanche la neutralità, ma all’interno avremo un polo parzialmente negativo e un polo parzialmente positivo: il centro delle cariche positive non coincide più col centro delle cariche negative e quindi si forma un dipolo, ovvero una separazione di cariche. Maggiore è la differenza di elettronegatività tra i due atomi che formano il legame, più elevati saranno il carattere ionico e la polarità del legame.

4.

Legame ionico e formazione di ioni

Il legame ionico: si ottiene quando la differenza di elettronegatività tra gli atomi è molto alta, in genere superiore a 1,9. Ad esempio tra il sodio Na che ha elettronegatività 0,9 e il cloro Cl che ne ha 3,2 avviene questo tipo di legame: un elettrone esterno si trasferirà dal sodio al cloro; perciò otterremo gli ioni Na⁺ e Cl⁻ , che continueranno ad attrarsi tra loro grazie alla forza elettrostatica.

Approssimativamente possiamo dire che:

-i metalli appartenenti ai gruppi I,II,III con uno,due,tre elettroni esterni tendono a perdere elettroni (1,2,3) e diventano ioni positivi di carica +1,+2,+3, raggiungendo la struttura del gas nobile più vicino.

-i non metalli dei gruppi V,VI,VII tendono ad acquistare elettroni (3,2,1) e si trasformano in ioni negativi di carica -3,-2,-1 con la configurazione del gas più vicino.

-quando metalli e non metalli si incontrano, si scambiano elettroni, diventano ioni, e tra questi si stabilisce la forza di attrazione che rappresenta il legame ionico.

5.

Struttura e proprietà dei composti ionici

I composti ionici: questi presentano una struttura cristallina solida e ben ordinata. Tutti i composti ionici sono solidi a temperatura ambiente e hanno elevati punti di fusione; sono buoni conduttori di elettricità sia allo stato fuso che in soluzione: il passaggio di elettricità non è altro che il movimento degli anioni verso il polo positivo e dei cationi verso il polo negativo. L’acqua è in grado di sciogliere molti solidi ionici.

Esistono reticoli ionici di vario tipo ad esempio:

-in NaCl, cristallo di cloruro di sodio, lo ione Na⁺ è posto al centro di tanti ipotetici cubi ripetuti, nelle cui facce, al centro, si trova uno ione Cl⁻. Lo ione Cl⁻ attira attorno a sé sei ioni Na⁺, che a sua volta si circonda di sei ioni Cl⁻.

-in CsCl, cristallo del cloruro di cesio, ogni ione posto al centro di un cubo è circondato da 8 ioni di carica opposta, occupanti i vertici del cubo stesso.

6.

Legame metallico e proprietà dei metalli

l legame metallico: è dovuto all’attrazione fra gli ioni metallici positivi e gli elettroni mobili che li circondano. L’atomo mette in comune l’elettrone esterno (di valenza), gli altri atomi mettono in comune tutti gli elettroni di valenza (i più esterni). Si forma un cristallo in cui gli ioni metallici positivi hanno una posizione quasi fissa e tutti gli elettroni più esterni passano liberamente da un atomo all’altro: si ha una nebbia elettronica (anioni) che avvolge e tiene uniti i cationi del cristallo. Da questa libertà degli elettroni derivano malleabilità, conducibilità elettrica e termica, duttilità, dei metalli.

7.

Tavola periodica e tipi di legami

La tavola periodica e gli elementi: Osservando la tavola periodica si può affermare che

- i metalli formano tra loro legami metallici;

- i non metalli formano tra loro legami covalenti puri;

- se gli atomi di non metallo sono uguali il legame è covalente puro; se sono diversi illegame è covalente polare;

-i metalli e i non metalli formano tra loro legami ionici;

- il carattere ionico del legame aumenta all’aumentare della differenza di elettronegatività.