Concetti Chiave
- I gas nobili si trovano in natura in stato monoatomico e non tendono a legarsi, mentre altri atomi formano composti molecolari o ionici per raggiungere stabilità energetica.
- Le forze di attrazione e repulsione tra atomi dipendono dalla distanza e influenzano la formazione di legami chimici, raggiungendo una condizione di equilibrio energetico.
- La regola dell'ottetto, formulata da Gilbert Newton Lewis, stabilisce che gli atomi tendono a cedere, acquistare o condividere elettroni per raggiungere un ottetto completo e massima stabilità.
- L'energia di legame è l'energia rilasciata durante la formazione di un legame chimico e ne determina la forza; una maggiore energia liberata corrisponde a legami più forti.
- La distanza di legame è influenzata dalla dimensione degli atomi, dalla loro configurazione elettronica e dal tipo di legame chimico che si forma.
Gas nobili e composti chimici
In natura i gas nobili si trovano in uno stato monoatomico. Gli altri atomi, quando isolati, sono instabili e tendono ad unirsi attraverso legami chimici. L'unione di atomi uguali o diversi dà origine a composti che possono essere molecolari, se costituiti da molecole, o ionici, se costituiti da ioni positivi e negativi (reticoli cristallini tridimensionali). La formazione di composti permette agli atomi di raggiungere uno stato energeticamente più stabile.
Forze di attrazione e repulsione
Gli atomi sono costituiti dal nucleo, carico positivamente, e dagli elettroni che ruotano attorno ad esso, che sono carichi negativamente. Due atomi, posti ad una certa distanza, risentono delle forze di attrazione nucleo-elettroni e delle forze di repulsione nucleo-nucleo ed elettroni-elettroni. L'intensità di queste attrazioni dipende dalla distanza, in accordo con la legge di Coulomb.
Equilibrio e stabilità atomica
Due atomi molto lontani non interagiscono. Man mano che si avvicinano, le forze attrattive tra il nucleo di uno e gli elettroni dell'altro aumentano fino a che non raggiungono una distanza tale per cui l'attrazione è bilanciata dalle forze di repulsione nucleo-nucleo ed elettroni-elettroni. Questa è una condizione di equilibrio e stabilità corrispondente ad un minimo di energia.
La distanza di legame dipende dalle dimensioni dei due atomi, dalla loro configurazione elettronica e dal tipo di legame che li unisce.
Elettroni di valenza e regola dell'ottetto
Il legame chimico avviene tra gli elettroni presenti nel livello energetico più esterno. Questi elettroni sono chiamati elettroni di valenza. Il primo ad identificare questi elettroni fu Gilbert Newton Lewis. Egli stabilì la regola dell'ottetto partendo da uno studio sul comportamento dei gas nobili. I gas nobili sono stabili in natura e non tendono a legarsi. Lewis sapeva che i gas nobili hanno otto elettroni nel livello più esterno e quindi concluse che l'ottetto è una condizione di massima stabilità a cui tutti gli atomi tendono. La regola dell'ottetto afferma che:
ciascun atomo, in base al numero di elettroni di valenza, tende a cedere, acquistare o condividere elettroni al fine di raggiungere un ottetto completo.
Come vedremo in seguito, la perdita o l'acquisto di elettroni porta alla formazione di un legame ionico, mentre la condivisione di elettroni porta alla formazione di un legame covalente.
Gli elettroni di valenza possono essere rappresentati graficamente tramite il simbolo di Lewis: il simbolo chimico dell'elemento circondato da un numero di punti che coincide col numero degli elettroni di valenza di quell'elemento (gli elementi del gruppo A della tavola periodica hanno un numero di elettroni di valenza pari al numero del gruppo a cui appartengono). Di seguito alcuni esempi:
Energia di legame e stabilità molecolare
La formazione di un legame chimico richiede il rilascio di una certa quantità di energia chiamata energia di legame. L'energia di legame è equivalente all'energia necessaria per rompere il legame. Più grande è l'energia liberata, più è forte il legame e minore è la distanza tra gli atomi. Come sopracitato, due atomi si uniscono raggiungendo uno stato di energia minima, ossia di massima stabilità. Quindi, una molecola si forma se la sua energia è minore della somma delle energie dei due atomi che la compongono.
- La composizione della materia
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Domande da interrogazione
- Qual è la principale caratteristica dei gas nobili in natura?
- Come avviene la formazione di composti chimici?
- Cosa determina la distanza di legame tra due atomi?
- Qual è la regola dell'ottetto e chi l'ha formulata?
- Che cos'è l'energia di legame e come influisce sulla stabilità molecolare?
I gas nobili si trovano in natura in uno stato monoatomico e sono stabili, non tendendo a legarsi con altri atomi.
La formazione di composti chimici avviene attraverso l'unione di atomi uguali o diversi, che possono dar vita a composti molecolari o ionici, permettendo agli atomi di raggiungere uno stato energeticamente più stabile.
La distanza di legame dipende dalle dimensioni dei due atomi, dalla loro configurazione elettronica e dal tipo di legame che li unisce.
La regola dell'ottetto, formulata da Gilbert Newton Lewis, afferma che gli atomi tendono a cedere, acquistare o condividere elettroni per raggiungere un ottetto completo, condizione di massima stabilità.
L'energia di legame è l'energia necessaria per rompere un legame chimico; maggiore è l'energia liberata durante la formazione del legame, più forte è il legame e maggiore è la stabilità della molecola risultante.
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