Legame covalente, Teoria orbitale molecolare (MO), Teoria legame di Valenza (VB)

Legame covalente

Un legame covalente si instaura quando una coppia di elettroni viene messa in comune tra due atomi;

Teoria del legame di valenza

Teoria dell’orbitale molecolare;

Tipi di legame covalente

• Legame covalente puro e omopolare: si verifica tra atomi di elementi ad uguale elettronegatività (molecole biatomiche omonucleari come H₂, Cl₂, O₂, N₂);
• Legame covalente polarizzato e eteropolare: si verifica tra due atomi di elementi di diversa elettronegatività, soprattutto appartenenti ai gruppi centrali della tavola periodica (molecole eteronucleari come H₂O, CO₂, NH₃, CH₄);

Distribuzione elettronica

• Condivisione equa di un doppietto elettronico: il baricentro delle cariche positive (portate dai nuclei atomici) coincide col baricentro delle cariche negative degli elettroni [legame covalente puro non polare o apolare (es. H-H, Cl-Cl)]. La distribuzione elettronica è simmetrica ai due nuclei.
• Condivisione non equa di un doppietto elettronico: il baricentro delle cariche positive non coincide con quello delle cariche negative (dipolo elettrico); Legame covalente polare (es. H-Cl). La distribuzione elettronica non è simmetrica rispetto ai due nuclei, risultando maggiormente addensata (polarizzata) verso l’atomo più elettronegativo.

Verso: per convenzione da +q a -q. Direzione: quella congiungente le due cariche. %puro → %nulla; %ionico → prossimo a 100. Avvicinando elettroni, si perde ionicità ma si acquisisce convalenza.

È un legame forte quello ionico e tale forza è direttamente proporzionale alla vicinanza al nucleo dei sottolivelli coinvolti e al numero di elettroni di legame; Punto arrivo indicato con freccia. Verso è quello che va da +q a -q (convenzione). Dipolo elettrico = sistema di due cariche elettriche puntiformi uguali e di segno opposto +q e -q, poste ad una distanza r. μ (grandezza vettoriale espressa in Debyte, D = 10^-20). Quantitativamente è definito dal suo momento dipolare μ = es * m [es = unità elettrostatica], i e = 4.80 * 10 es, dato dal prodotto del valore assoluto di ciascuna delle due cariche per la distanza fra di esse: |μ| = |q| * r.

La buona condivisione elettronica fa sì che la carica sia distribuita sugli atomi legati. Le varie molecole non tendono a legarsi l’una alle altre simmetricamente.

Proprietà dei composti covalenti

I composti covalenti sono di norma gassosi o liquidi a seconda del peso molecolare (il diamante invece è un esempio di solido covalente), non sono solubili in H₂O ma sono solventi costituiti da molecole con legami covalenti (benzolo, cloroformio, tetracloruro di carbonio).

Teoria del legame di valenza

La teoria del legame di valenza rappresenta la razionalizzazione, nei termini della meccanica ondulatoria, del concetto di Lewis del legame a coppie di elettroni. Tale teoria fu sviluppata poco dopo la pubblicazione dell’equazione di Schrodinger da Heitler e London, i quali proposero di studiare la molecola di H₂ secondo la meccanica ondulatoria. Il concetto base di questa teoria è che nello stesso modo in cui è possibile descrivere il comportamento di un elettrone in un atomo mediante una funzione d’onda monoelettronica, così è possibile descrivere una coppia di elettroni di legame in una molecola mediante una funzione d’onda bielettronica che può essere ricavata dalle seguenti considerazioni:

• Si forma un legame covalente quando gli orbitali di due atomi si sovrappongono e una coppia di elettroni occupa la regione di sovrapposizione.
• La zona di sovrapposizione degli orbitali può essere occupata da un massimo di due elettroni che devono avere spin opposti (antiparalleli).
• Maggiore è la sovrapposizione degli orbitali, più forte è il legame.
• L’entità della sovrapposizione dipende dalla forma e dall’orientazione degli orbitali. [Legame più lungo = legame più debole; Legame più corto = legame più forte]

Quando i due atomi sono isolati (distanza internucleare r_AB = ∞), l’energia potenziale del sistema è uguale a zero. A mano a mano che i due atomi si avvicinano, l’energia del sistema diventa sempre più negativa fino a un valore minimo corrispondente all’energia di legame tra i due atomi. In questa situazione i due atomi sono così vicini che si ha una compenetrazione delle nuvole elettroniche, ovvero una sovrapposizione parziale dei loro orbitali atomici. La zona di sovrapposizione è comune ai due atomi e gli elettroni, collocandosi in questa regione, risentono di una stessa attrazione da parte dei nuclei. In questa situazione, i due elettroni diventano indistinguibili e non c’è più separazione tra le rispettive nuvole elettroniche.