Chimica e chimica biologica - i legami chimici

Lezione 4: Le reazioni chimiche

Perché gli atomi si legano fra loro?

Gli atomi si legano fra loro per raggiungere uno stato a energia minore.

Il legame ionico

Il legame ionico è un'attrazione tra cariche di segno opposto (cationi e anioni). Non c'è un legame che sia totalmente ionico, ma per molti composti il modello ionico funziona ed è idoneo a descrivere i composti tra gli elementi a carattere metallico (specialmente quelli del blocco s) e i non metalli. NB: i metalli presentano energia di ionizzazione bassa e quindi possono cedere abbastanza facilmente i loro elettroni di valenza e formare cationi.

In tutti i casi il trasferimento di elettroni dà luogo a un ottetto di elettroni, cioè a una configurazione del tipo s² p⁶ su ciascuno degli atomi. Simboli di Lewis: ogni elettrone di valenza viene rappresentato da un puntino. Si disegnano sia gli elettroni appaiati che quelli spaiati.

Lo stimolo alla creazione del legame ionico viene dalla grande diminuzione di energia che si verifica quando ioni di segno opposto si organizzano in un solido: le loro cariche di segno opposto infatti si attraggono fortemente. Questa diminuzione di energia è di gran lunga superiore a quella necessaria per ionizzare gli atomi: la formazione del catione o dell'anione (che necessita di una certa quantità di energia), ma una volta formata la molecola ionica ne viene liberata in misura maggiore, il saldo netto è negativo.

Un composto ionico non è formato da un anione vicino ad un catione, ma si organizzano in strutture cristalline regolari. I solidi ionici manifestano tipicamente punti di fusione ed ebollizione elevati (maggiore ebollizione, maggiori in entità e numero i legami), sono fragili e se disciolti in acqua danno luogo a soluzioni elettrolitiche.

Il legame covalente

Il legame covalente è un'attrazione tra due atomi che deriva dalla condivisione/compartecipazione di una coppia di elettroni (non cessione totale ma parziale). Spesso è un legame fra due non metalli, che non sono in grado di generare cationi mono-atomici a causa dell'eccessiva energia di ionizzazione. I due elettroni di una coppia condivisa possono attrarre i nuclei tra cui si muovono; si tratta sempre di una coppia per il principio di Pauli.

Un orbitale molecolare è la somma di due orbitali atomici, dove la probabilità di trovare l'elettrone è nell'intersezione tra i due. Nella formazione di legami covalenti gli atomi tendono a completare il loro ottetto, condividono i loro elettroni per avere uno strato di valenza ad 8 elettroni (Cl ha 7 elettroni, gliene manca 1, H ne ha 1 e gliene serve un altro, etc): guardando la tavola periodica e quanti elettroni ha nello strato di valenza un elemento possiamo capire come formerà legami.