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, 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. Quando un metallo si lega ad un non metallo, esso trasferisce uno o più elettroni al non-metallo. L'atomo del

carichipositivamente allora attraggono la nuvola di elettroni in cui sono immersi, mantenendoinsieme il metallo.

Il legame chimico è l'interazione tra due o più atomi (a brevi distanze, sulla scala delledimensioni atomiche A=10^-8 cm). Generaaggregati rilevabili, con una stabilità significativain un certo intervallo di pressione e temperatura.

Nella formazione dei legami chimici sono coinvoltisolo gli elettroni più esterni (elettroni DIVALENZA che sono trattenuti meno fortemente).

Proprietà macroscopiche dei legami chimici

In una STRUTTURA DI LEWIS,gli elettroni di valenza degli elementi del gruppoprincipale sono rappresentati come PUNTI intorno al simbolo dell'elemento che devonoessere massimo 2 per lato. Queste strutture forniscono un modo semplice di visualizzare glielettroni di valenza in un atomo di un gruppo principale. Gli atomi che ne hanno 8 sonostabili, 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 possibilese ad esempio, nel cloruro di sodio, il trasferimento di un elettrone dal sodio al cloro di persé assorbe enrgia? La risposta sta nell' ENERGIA RETICOLARE, quell'energia associataalla formazione di un reticolo cristallino di cationi ed anioni alternati, a partire da ioni infase gassosa. Quando gli ioni si avvcinano l'energia di potenziale diminuisce, comedescritto dalle legge di Coulomb e l'energia viene liberata come calore.Aggiungendo elementi la stabilizzazione aumenta e tende ad un limite caratteristico soltantodella struttura crisgallina. Questo limite è la COSTANTE DI MADELUNG (A).Il modo più semplice per calcolare l'energia reticolare è quello di utilizzare il ciclo diBORN-HABER. Si tratta di un'ipotetica serie di passaggi che rappresentano la formazionedi un composto ionico a partire dai suoi costituenti elementari. Se si considera, ad

esempio, la formazione di NaCl a partire dai suoi elementi costituenti nei loro stati standard, la variazione di ENTALPIA per l'intera reazione è semplicemente l'entalpia standard di formazione di NaCl(s) (=-410 KJ/mol). Vi sono una serie di passaggi, il ciclo di Born-haber che porta a tale formazione:

Nel primo passaggio abbiamo la formazione del sodio gassoso a partire da quello solido, otteniamo 1071 KJ/mol. Il secondo passaggio è l'ionizzazione del sodio gassoso, la variazione di entalpia corrisponde al potenziale di ionizzazione del sodio. Nel terzo passaggio abbiamo la formazione di un atomo di cloro dalla molecola di cloro. Nel quarto passaggio avviene l'acquisizione di un elettrone, AH è uguale all'affinità elettronica di Cl. L'ultimo passaggio è la formazione del solido cristallino dagli ioni gassosi. Il valore dell'energia reticolare è un numero negativo grande, la formazione del cristallino è un processo fortemente esotermico.

compensa ampiamente l'endotermicità del processo di trasferimento di elettroni. Andamenti delle energie reticolari:

• diventano meno esotermiche, quindi meno negative, all'aumentare del raggio ionico.
• diventano più esotermiche, più negative, all'aumentare della carica degli ioni.

Si ricorda dalla legge di Coulomb che l'intensità dell'energia potenziale di due cariche che interagiscono dipende non solo dalla distanza delle cariche, ma anche dal prodotto delle cariche.

I solidi ionici sono FRAGILI, la compressione causa l'avvicinamento di cariche di segno uguale, quando queste cariche si avvicinano troppo, le forze repulsive che si generano causano la rottura del cristallo.

I composti ionici hanno elevati punti di fusione e di ebollizione, tendono a NON condurre l'elettricità quando sono allo stato solido e tendono a condurre l'elettricità quando sono disciolti in acqua. Un solido ionico può essere modellato come un

reticolo di singoliioni tenuti insieme daforze da coulomb chesono uguali in tutte ledirezioni. Per fondere il solido, bisogna superare queste forze, il che richiede una significativa quantità dicalore. Quando un solido ionico viene disciolto in acqua, i cationi e gli anioni si dissociano, formando ioni liberi in soluzione. Il legame ionico è quindi ADIREZIONALE: ogni ione sodio positivo (blu) si circonda nel reticolo di tanti ioni cloruro negativi disposti ai vertici di un ottaedro. Ogni ione si sente avvolto da una forza attrattiva esercitata dagli ioni di segno opposto. I legami ionici sono tipici dei SOLIDI CRISTALLINI, fondono ad alte temperature, dopo la fusione conducono corrente elettrica, si sciolgono in acqua e le soluzioni conducono la corrente. Per una coppia anione/catione monovalenti si ha un'ATTRAZIONE tra catione anione e una REPULSIONE tra le nubi elettroniche che circondano i nuclei del catione e dell'anione. Togliere un elettrone all'atomo di Cesio

Comporta una spesa di energia pari al suo potenziale d'azione. Mentre l'acquisto di un e-, da parte dell'atomo di Fluoro consente un guadagno di energia pari alla sua affinità elettronica. Facendo i calcoli per un singolo atomo, poiché il potenziale di ionizzazione e l'affinità elettronica si misurano in KJ/mol, si dividono tali valori per il numero di Avogadro, si ottiene:

In realtà, gli IONI di Q OPPOSTA si attraggono. L'energia potenziale tra due cariche q1 e q2 poste a una distanza d una dall'altra è data da:

La distanza d a cui si avvicinano i 2 ioni si può in prima approssimazione valutare come la somma dei rispettivi raggi ionici.

Il bilancio energetico è il guadagno energetico dovuto all'avvicinamento tra 2 ioni. Quando c'è il meno davanti significa che l'energia si libera.

Le forze elettrostatiche seguono la legge di Coulomb, che esprime la forza di interazione tra due corpi carichi.

- Al crescere delle cariche cresce l'attrazione. - Ioni più piccoli (minore d) si attraggono con più forza. - Poiché le forze elettrostatiche hanno simmetria sferica (l'azione della forza si esercita in modo perfettamente uguale in tutte le direzioni) il legame ionico non è direzionale. Ogni catione tende ad attrarre il maggior numero di anioni e viceversa, in modo da rendere massima l'attrazione tra le particelle di carica opposta e minima la repulsione tra quelle della stessa carica. Perciò per il legame ionico, non si considerano singole coppie ioniche, ma cristalli ionici costituiti da molti ioni legati dalle forze Coulombiane formanti un reticolo cristallino ordinato. - Il NUMERO DI COORDINAZIONE è il numero di ioni di segno opposto che circondano uno ione nel reticolo. Al variare di questo numero, varia anche la geometria, di solito si rappresenta lo ione positivo al centro e quelli negativi intorno. - Alcuni composti ionici usati in

Medicina:

• AgNO3: disinfettante e antibatterico
• BaSO4: potenziatore di immagini in radiologia, mezzo di contrasto
• CaSO4: calchi in gesso
• KMnO4: disinfettante e antibatterico
• KI: disinfettante e antisettico. Viene somministrato oralmente per prevenire malattie da radiazioni.
• Li2CO3: cura disordini di tipo bipolare (maniaco-depressivi)
• MgSO4: cura l'eclampsia (scompenso dovuto alla elevata pressione arteriosa in gravidanza)
• Mg(OH)2: antiacido, lassativo
• NaHCO3: antiacido, può essere anche iniettato in endovena nei casi di acidosi grave del sangue
• NaF: smalto dentale
• ZnO: Protezione dai raggi solari, protettivo nei casi di dermatite atopica.

Legame covalente:

È un legame ad elevata energia che si forma tra due atomi che non sono metallici, nessuno dei due quindi cede volontariamente elettroni. Ognuno di questi atomi necessita di un certo numero di elettroni per diventare isoelettronico con il gas nobile che lo segue. Entrambi gli atomi