Legami chimici

I LEGAMI

Il legame chimico viene inteso come l'agente che tiene uniti gli atomi in una molecola. Il legame si forma poiché i sistemi evolvono spontaneamente verso una configurazione che riduce la loro energia potenziale, dunque verso una configurazione più stabile che è garantita dal legame stesso. Affinché vi sia la formazione di un legame c'è bisogno che gli atomi cedano una parte della loro energia totale. Pertanto una molecola biatomica risulterà essere più stabile dei due atomi singoli separati, dai quali si è formata, poiché la sua energia totale è minore di quella dei due atomi. Quando due o più atomi si avvicinano, i loro elettroni interagiscono e possono disporsi intorno ai nuclei in configurazioni alternative rispetto agli atomi isolati, alle quali corrisponde un'energia potenziale totale minore. L'abbassamento d'energia stabilizza l'aggregato rispetto agli atomi isolati grazie.alla formazione dei legami chimici. I legami chimici si formano per la condivisione o per il trasferimento di elettroni fra gli atomi. Il tipo di legame che si forma tra una coppia di atomi è determinato dalla capacità di ciascun atomo ad attrarre elettroni dall'altro. Quando un atomo perde uno o più elettroni si forma uno ione carico positivamente (chiamato catione), mentre quando un atomo acquista elettroni si forma uno ione carico negativamente (anione). La possibilità che un atomo isolato perda un elettrone è in relazione con l'energia di ionizzazione, mentre la tendenza ad acquistare un nuovo elettrone è correlata con l'affinità elettronica. Quando l'atomo è legato con un altro atomo, la tendenza che esso ha di attrarre elettroni dal partner di legame è misurata dalla elettronegatività, che è in relazione con l'energia di ionizzazione e l'affinità elettronica. Confrontando iutilizzo di legami chimici. La teoria del legame di valenza (VB) di Lewis, formulata nel 1916 da Pauling, afferma che gli atomi che formano una molecola mantengono la loro struttura elettronica interna e si legano tra loro condividendo coppie di elettroni esterni. La teoria degli orbitali molecolari (MO), sviluppata nel 1927, sostiene invece che gli atomi non conservano la loro identità e che tutti i loro elettroni si distribuiscono su nuovi orbitali molecolari che hanno al centro i nuclei degli atomi coinvolti nel legame. Questa teoria tiene conto anche degli elettroni interni, che influenzano le proprietà degli atomi. Una regola importante nel formarsi dei legami chimici è la regola dell'ottetto. Secondo questa regola, ogni atomo tende a raggiungere la configurazione elettronica esterna più stabile possibile, che è caratterizzata da otto elettroni nel guscio esterno (tipica dei gas nobili che hanno 2 elettroni nel primo guscio e 6 nel secondo). Utilizzando queste teorie e la regola dell'ottetto, è possibile prevedere se due atomi formeranno un legame ionico, covalente o covalente polare.

formazione di legami tra atomi della stessa specie o di specie diversa. Pertanto l'ottetto può essere raggiunto in due modi:

Mediante il trasferimento di uno o più elettroni da un atomo all'altro, ossia il LEGAME IONICO. Un elemento cede un elettrone e non importa di quanto acquista l'altro atomo.

Mediante la condivisione di uno o più elettroni provenienti da ciascuno degli atomi, LEGAME COVALENTE.

I legami si suddividono in:

• Legami covalenti: Sono quelli che danno origine a una molecola.
• Covalenti omopolari
• Covalenti polari
• Covalenti di Coordinazione (dativo)

Legami elettrostatici: Danno origine a un composto ionico.

• Legame ionico: Da un legame ionico si ottiene un sale, ovvero un cristallo che è completamente diverso da una molecola.
• Legame metallico

Forze intermolecolari:

• Legame ione-dipolo
• Legame dipolo-dipolo
• Legami di Van der Walsh
• Legame dipolo-dipolo indotto
• Legame dipolo indotto-dipolo indotto
• Forze di London
• Legame idrogeno

LEGAME IONICO: E' un legame dovuto

La forza di attrazione elettrostatica si forma quando si combinano due elementi con un basso potenziale di ionizzazione e una elevata affinità per l'elettrone, quindi tra atomi con un'elevata differenza di elettronegatività. Questo avviene tra atomi del 1°, 2°, 6° e 7° gruppo (come ad esempio il sodio e il cloro nel cloruro di sodio).

Gli atomi degli elementi del 1° gruppo perdono elettroni per formare cationi, mentre gli atomi degli elementi del 6° e 7° gruppo acquistano elettroni per formare anioni.

Nel caso del cloruro di sodio, il sodio, essendo l'elemento meno elettronegativo, perde un elettrone diventando una specie positiva definita catione, mentre il cloro, essendo l'elemento più elettronegativo, acquista l'elettrone diventando una specie negativa definita anione.

Dato che l'energia di ionizzazione è sempre maggiore dell'affinità elettronica, la formazione di una coppia di ioni avviene attraverso l'attrazione elettrostatica tra cariche opposte.

richiede sempre energia. Pertanto la coppia formatasi avrà una carica elettrica. Per l'attrazione che si stabilisce tra le cariche opposte, cationi ed anioni si uniscono a formare un solido. Difatti i legami ionici non formano molecole, bensì sali e cristalli. Pertanto non esiste una molecola NaCl in quanto non esistono delle unità NaCl distinte dalle altre. La formula NaCl indica invece che nel cristallo c'è un rapporto tra gli ioni di 1:1 cioè che per ogni ione Na+ esiste uno ione Cl-. Inoltre ogni catione è circondato da anioni ed ogni anione è circondato da cationi, in questo modo le repulsioni tra ioni dello stesso segno vengono minimizzate. La carica q dei cationi e carica q degli anioni sono in ugual numero perché il composto nel suo complesso deve essere elettricamente neutro. I composti ionici sono formati da celle elementari, definite come entità che si ripetono nello spazio e nel tempo e che stanno ad

Identificare il modo in cui la sostanza cristallizza. La cella elementare ha una forma geometrica semplice (cubo, parallelepipedo), che si ripete regolarmente nelle tre direzioni dello spazio. Il luogo dei vertici delle celle elementari, replicate un numero enorme di volte, forma il reticolo cristallino. I vertici delle celle elementari che compongono il reticolo sono costituiti da atomi, ioni o gruppi complessi.

Bravais dimostrò che nello spazio tridimensionale sono possibili soltanto 14 tipi di celle elementari (reticoli di Bravais), 7 primitivi o semplici e 7 derivati da traslazione e compenetrazione di due o più reticoli semplici. Tutte le specie in natura tendono a raggiungere l'entropia, ossia lo stato di disordine.

Allo stato solido, gli ioni sono tenuti insieme da forze elettrostatiche coulombiane. La forza di legame è direttamente calcolabile mediante la legge di Coulomb che è proporzionale al prodotto tra le cariche possedute dai due ioni.

perdere un elettrone per diventare un catione sodio (Na+). Questo processo richiede energia, chiamata energia di ionizzazione. Allo stesso tempo, il cloro (Cl) deve guadagnare un elettrone per diventare un anione cloruro (Cl-). Questo processo rilascia energia, chiamata affinità elettronica. Una volta che il sodio e il cloro hanno formato i rispettivi ioni, essi interagiscono tra loro attraverso la forza di Coulomb. Questa forza dipende dalla carica dei due ioni e dalla loro distanza reciproca. Più vicini sono i due ioni, maggiore è la forza di attrazione e quindi maggiore è l'energia rilasciata. L'energia che si genera quando il sodio e il cloro sono vicini è chiamata energia reticolare. Questa energia è l'energia liberata quando gli ioni gassosi separati si combinano per formare un solido ionico. L'energia reticolare conferma la formazione di un cristallo stabile come il cloruro di sodio (NaCl). Il ciclo di Born-Haber è un ciclo termodinamico che aiuta a determinare se il cloruro di sodio si forma energeticamente e quali sono le energie coinvolte nel processo. Questo ciclo tiene conto dell'energia di ionizzazione, dell'affinità elettronica, dell'energia di dissociazione/dilegamento, dell'energia di sublimazione e dell'energia reticolare. In conclusione, il cloruro di sodio si forma come un composto solido perché l'energia rilasciata durante la formazione degli ioni e l'energia reticolare sono sufficienti a compensare l'energia richiesta per ionizzare il sodio e guadagnare un elettrone da parte del cloro.

più atomi

Il legame covalente tra due atomi è dovuto alla condivisione di una o più coppie di elettroni (coppie elettroniche di legame) per soddisfare la tendenza degli atomi stessi a raggiungere la configurazione elettronica di gas nobile. Le coppie di legame si formano per l'accoppiamento di elettroni che si trovano spaiati quando sono nei rispettivi atomi isolati.

Il numero di legami che un atomo può formare dipende dal numero di elettroni spaiati che esso possiede. (Singolo, doppio o triplo)

Si definisce:

• legame covalente omopolare, o puro quando avviene tra atomi uguali con gli elettroni di legame condivisi tra i due atomi in modo equivalente
• legame covalente polare quando avviene tra atomi diversi e gli elettroni di legame sono diversamente attratti dai due atomi. Pertanto il legame ha carattere misto, in quanto in parte é ionico ed in parte covalente

Considerando la molecola Si osserva come tra i due elettroni si stabilisce una forza

repulsiva così come tra i due nuclei. Tuttaviaallo stesso tempo vi è una forza attrattiva tra gli elettroni e il nucleo. Pertanto affinché vi sia la creazione del legame c’è bisogno che la forza attrattiva e repulsiva siano uguali e che sia raggiunta la condizione minima di energia

I fattori più importanti che caratterizzano il legame sono:

• Lunghezza di legame: identifica la distanza tra due nuclei e all'interno della tavola periodica risulta essere proporzionale al numero atomico in un gruppo. Alcune specie come O-H , C-C la cui lunghezza si mantiene inalterata anche in differenti molecole
• Energia di legame: detta anche energia di dissociazione, è l'energia richiesta per rompere una mole del legame considerato, e risulta diminuire al crescere di Z, poichè