Legame chimico

Legame chimico

I legami chimici si formano perché abbassano l’energia potenziale fra le particelle cariche che formano gli atomi. Quindi un legame chimico si può definire come una condizione di energia minima che vincola una coppia (o un numero maggiore) di atomi a rispettare determinati parametri geometrici come, ad esempio, la reciproca distanza, così che in sua presenza quegli atomi appaiano essere connessi gli uni agli altri a formare molecole o aggregati di ioni o frazioni di metallo.

La formazione di un legame libera energia, mentre la rottura consuma energia. Se non esistessero i legami chimici, in natura troveremmo soltanto 91 elementi naturali, ma nella realtà le sostanze, con esclusione dei gas nobili, non sono quasi mai costituite da atomi isolati. Gli atomi invece sono legati tra loro a formare composti molecolari, ionici o metallici.

Tipi di legami chimici

Quando un metallo si lega ad un non-metallo, esso trasferisce uno o più elettroni al non-metallo. L’atomo del metallo diventa un catione e l’atomo del non-metallo un anione, questi interagiscono elettrostaticamente. Il legame che ne risulta è quindi un legame ionico.

Quando invece un non-metallo si lega con un altro non-metallo, nessuno dei due atomi trasferisce elettroni all’altro, i due atomi condividono alcuni elettroni, si generano unità distinte molecolari. Il legame che ne risulta è covalente, di cui è possibile interpretare la stabilità considerando la disposizione più stabile (quella con l’energia potenziale più bassa) di due particelle cariche positivamente poste ad una piccola distanza e di una particella carica negativamente.

Nei metalli si ha un terzo legame, il legame metallico. Nel suo modello più semplice, chiamato nuvola di elettroni, tutti gli atomi nel reticolo del metallo condividono i loro elettroni di valenza. Gli elettroni, in questo caso, sono delocalizzati sull’intero metallo. Gli atomi del metallo carichi positivamente allora attraggono la nuvola di elettroni in cui sono immersi, mantenendo insieme il metallo.

Interazione e stabilità

Il legame chimico è l’interazione tra due o più atomi (a brevi distanze, sulla scala delle dimensioni atomiche A=10^-8 cm). Genera aggregati rilevabili, con una stabilità significativa in un certo intervallo di pressione e temperatura. Nella formazione dei legami chimici sono coinvolti solo gli elettroni più esterni (elettroni di valenza che sono trattenuti meno fortemente).

Proprietà macroscopiche dei legami chimici

In una struttura di Lewis, gli elettroni di valenza degli elementi del gruppo principale sono rappresentati come punti intorno al simbolo dell’elemento che devono essere massimo 2 per lato. Queste strutture forniscono un modo semplice di visualizzare gli elettroni di valenza in un atomo di un gruppo principale. Gli atomi che ne hanno 8 sono stabili, hanno 8 punti, un ottetto. L'elio è un’eccezione in quanto per lui un doppietto rappresenta una configurazione stabile.

Nella teoria di Lewis, il legame chimico è la condivisione o il trasferimento di elettroni per ottenere configurazioni elettroniche stabili per gli atomi che si legano. La configurazione è stabile con 8 elettroni nel guscio più esterno ed è nota come regola dell'ottetto. La struttura di Lewis ignora le variazioni di energia, troppo complicate da calcolare. Questa struttura si utilizza anche per il legame ionico e per rappresentarlo si spostano i puntini degli elettroni della struttura di Lewis del metallo a quella del non-metallo.

Le strutture di Lewis prevedono le corrette formule chimiche dei composti. Ad esempio, nel composto ionico tra sodio e zolfo (Na₂S), il sodio deve perdere il suo elettrone di valenza per raggiungere l’ottetto, mentre lo zolfo deve acquistarne due. Il composto che si forma necessita quindi di due atomi di sodio ogni atomo di zolfo.

La formazione di un composto ionico è in generale piuttosto esotermica, ma com'è possibile se, ad esempio, nel cloruro di sodio, il trasferimento di un elettrone dal sodio al cloro di per sé assorbe energia? La risposta sta nell'energia reticolare, quell’energia associata alla formazione di un reticolo cristallino di cationi ed anioni alternati, a partire da ioni in fase gassosa. Quando gli ioni si avvicinano, l’energia di potenziale diminuisce, come descritto dalla legge di Coulomb, e l’energia viene liberata come calore. Aggiungendo elementi, la stabilizzazione aumenta e tende ad un limite caratteristico.