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IL LEGAME CHIMICO

• a partire dai valori di elettronegatività, prevedere 6.1 PERCHE’ SI FORMANO I LEGAMI?

la natura del legame tra due determinati elementi e

spiegare il parziale carattere ionico dei legami La tendenza che gli atomi mostrano a formare

covalenti in alcuni composti; molecole, legandosi spontaneamente mediante

• descrivere il legame idrogeno, distinguere le legami chimici, può essere ricondotta alla generale

situazioni in cui si forma, prevedere gli effetti sulle tendenza di un sistema a raggiungere una situazione

proprietà delle sostanze; stabile, a minore contenuto di energia; infatti

l’energia della molecola così formata è inferiore

• descrivere con un modello semplice il legame rispetto a quella dei due atomi isolati. Allora, se due

metallico e spiegare in base a questo alcune atomi posti a contatto reagiscono tra loro

proprietà dei metalli; spontaneamente, si potrà scrivere:

• spiegare l’esistenza delle forze inter-molecolari

in molecole polari e non polari; →

A + B AB + energia

• illustrare sinteticamente i principi della teoria

detta “del legame di valenza” (VB);

• σ π,

distinguere legami individuando le loro Si nota chiaramente che il sistema ottenuto è più

e

caratteristiche fondamentali; stabile di quello di partenza, visto che una parte della

sua energia è stata ceduta all’ambiente esterno.

• comprendere il significato dell’ibridazione,

distinguendo i vari tipi; L’ENERGIA DI LEGAME è l’energia che deve

essere fornita per rompere un certo legame in una

• comprendere il significato degli orbitali molecolari mole di sostanza; la stabilità di una molecola, quindi,

nella formazione dei legami. è tanto maggiore, quanto più alta è la sua energia di

legame (vedi termochimica).

IL LEGAME CHIMICO

Per descrivere il comportamento dei diversi atomi del gas nobile precedente o seguente.

vanno tenute in considerazione l’energia di Così, ad esempio, i primi tre elementi del terzo

ionizzazione e l’affinità elettronica. periodo (Na, Mg e Al) perdono gli elettroni nello

Sperimentalmente, è possibile valutare la forza di un strato esterno, formando ioni di carica positiva che

legame misurando la LUNGHEZZA DI LEGAME, hanno la stessa configurazione elettronica del gas

cioè la distanza tra i centri dei due atomi legati; a nobile precedente, il neon. Analogamente, gli

distanze di legame inferiori corrispondono legami elementi alla fine del periodo, come S e Cl (Gruppi

VI e VII) acquistano elettroni e formano ioni carichi

più forti. negativamente, raggiungendo la configurazione del

Poiché la formazione del legame richiede che gli gas nobile successivo, l’argo. Gli elementi centrali,

atomi siano sufficientemente vicini, gli elettroni come Si e P, che non formano ioni, raggiungono la

interessati saranno quelli più esterni; è quindi struttura tipica dei gas nobili mettendo in comune

necessario fare riferimento alla configurazione elettroni con altri atomi che partecipano ai legami.

elettronica degli atomi. Nel 1916 il Prof. Lewis notò Studi successivi hanno evidenziato composti in cui

che tutti i gas nobili tranne l’elio (che ha soltanto due gli elementi non hanno la struttura di un gas nobile;

elettroni nel livello esterno 1s) presentavano tuttavia, la stragrande maggioranza dei composti può

nell’ultimo livello OTTO ELETTRONI, con essere spiegata con questa teoria, che ancora oggi

configurazione ns np . Egli attribuì la stabilità

2 6 risulta di grande utilità.

chimica di questi gas scarsamente reattivi

all’“OTTETTO” elettronico che caratterizzava il

loro strato esterno ed ipotizzò che anche gli altri

elementi tendessero a raggiungere questo stato di

stabilità cedendo, acquistando o condividendo

elettroni, per assumere la configurazione elettronica

IL LEGAME CHIMICO

6.2 RAPPRESENTAZIONE DEGLI ATOMI

CON I SIMBOLI DI LEWIS Vediamo esempi in altri gruppi:

Al (III Gruppo) ha configurazione esterna 3s 3p e

2 1

Prima di descrivere i diversi tipi di legame, .

esaminiamo una modalità di rappresentazione, simbolo Al

sempre dovuta a Lewis, che sarà utile per .

.

comprendere meglio e per schematizzare la (Lewis ignorava il significato dello spin e quindi non

formazione dei legami. Nei SIMBOLI DI LEWIS considerò i due elettroni 3s appaiati)

il simbolo chimico dell’elemento rappresenta il

nucleo con gli strati interni di elettroni dell’atomo; gli Si (IV Gruppo) ha configurazione esterna 3s 3p

2 x1

elettroni cosiddetti di valenza, disposti nel livello

esterno, vengono rappresentati con puntini, .

rispettando, con alcune eccezioni, la disposizione Si

3p e simbolo

y1 .

.

.

nei diversi orbitali (un puntino per elettroni

spaiati, due per coppie di elettroni). Gli elementi (anche qui Lewis non considerò i due elettroni s

appartenenti ad uno stesso gruppo, avendo gli appaiati)

elettroni esterni disposti nello stesso modo, sono S (VI Gruppo) ha configurazione esterna 3s 3p

2 x2

rappresentati da formule di Lewis uguali (a parte il

simbolo). ..

S

Ad esempio, per gli elementi del V gruppo N, P ed .

3p 3p e simbolo .

y1 z1 .

.

As, che hanno configurazione esterna ns 2

np np np i simboli di Lewis contengono cinque

x1 y1 z1 . .

..

..

punti così disposti: I (VII Gruppo) ha configurazione esterna 5s 5p

2 x2

As

N. P. .

.

.

.

. .

.

IL LEGAME CHIMICO 6.3 TIPI DI LEGAME

..

I

5p 5p e simbolo .

y2 z1 .

..

. Per semplicità, i legami chimici possono essere divisi

in due grandi categorie: i legami atomici e quelli

elettrostatici (nella realtà i legami sono per lo più di

Ar (Gruppo 0) ha configurazione esterna natura mista fra i due).

caratterizzata dall’ottetto completo Se uno o più elettroni esterni dell’atomo A hanno un

.. contenuto di energia molto maggiore rispetto a quelli

Ar

3s 3p e simbolo .. ..

2 6 .. di B, essi possono passare da A a B, formando ioni

A e B e dando luogo ad una interazione

+ -

elettrostatica che tiene i due atomi uniti.

Quindi, per gli elementi rappresentativi il numero di Se, invece gli elettroni esterni di A e B hanno

punti nei simboli di Lewis corrisponde al numero pressappoco la stessa energia, può formarsi un

del gruppo nella tavola periodica; questa legame atomico attraverso la messa in comune di

rappresentazione è meno usata per gli elementi di elettroni, che portano a nuove strutture con

transizione. contenuto di energia inferiore.

La formazione di un legame chimico può essere Esaminiamo ora in maggior dettaglio la

rappresentata combinando opportunamente più formazione dei diversi tipi di legame.

simboli di Lewis; verranno presentati degli esempi in

seguito. 6.3.1 LEGAME IONICO

Consideriamo la reazione tra un elemento metallico

del I Gruppo ed un non metallo del VII Gruppo, ad

IL LEGAME CHIMICO

esempio tra Na e Cl: La formazione del legame può essere schematizzata

mediante i simboli di Lewis, in cui gli ioni si scrivono

tra parentesi quadra, indicandone la carica, e gli

• Na ha carattere nettamente metallico, con forte elettroni dei due atomi, di per sé identici, vengono

tendenza a cedere l’elettrone 3s (quantitativamente,

1 rappresentati con punti e croci per seguire più

ciò è confermato dalla bassa energia di prima facilmente il loro trasferimento. Si tratta, comunque,

ionizzazione e da una affinità elettronica non di una rappresentazione convenzionale che non

favorevole all’acquisto di elettroni). indica la reale posizione degli elettroni, in realtà

delocalizzati in una nuvola di densità elettronica.

• Cl, che ha 7 elettroni nello strato esterno, è

tipicamente un non-metallo, ha bassa tendenza a .. -

..

+

→ x

+ Cl

cedere elettroni, confermata da una affinità Na Cl

.. Na ..

.

x .. ..

.

elettronica molto negativa (quindi, favorevole

all’acquisto di un elettrone) e da un’energia di

ionizzazione elevata, anche a causa delle ridotte Analogamente, possiamo rappresentare la

dimensioni. formazione di un legame ionico tra Mg ed F; poiché

F accetta un elettrone ed Mg ne cede due, per ogni

atomo di Mg saranno necessari due atomi di F.

In queste condizioni, Na cede il suo elettrone,

trasformandosi in ione con carica +1 ed assumendo .. 2+ .. -

x

la configurazione elettronica del neon; Cl, d’altra →

+ .

F .

F

.. Mg ..

..

x x

Mg ..

parte, acquista l’elettrone, assume una carica negativa

e raggiunge la configurazione dell’argo. Il LEGAME .. -

..

.

F

IONICO così ottenuto, non direzionale, determina F

.

.. ..

.. x ..

un’attrazione elettrostatica tra ioni di carica opposta.

IL LEGAME CHIMICO del legame di valenza).

legame (teoria

6.3.2 LEGAME COVALENTE Diversamente dal legame ionico, il legame covalente

Consideriamo ora la formazione di un legame tra Cl è fortemente direzionale e la zona di massima

e H per dare HCl. Come già accennato, Cl ha una densità corrisponde al segmento che unisce i nuclei

forte tendenza ad acquistare un elettrone per degli atomi legati.

completare l’ottetto, ma H in questo caso ha una Allo stesso modo, possono essere spiegate le

bassa tendenza a cedere il suo elettrone (dovuta al molecole biatomiche dei gas, come H e Cl : in

2 2

suo carattere non-metallico e ad una elevata energia entrambi i casi, si ha la condivisione di una coppia di

di ionizzazione). In questo caso, si ha messa in elettroni tra due atomi, con formazione di un legame

comune di due elettroni, ciascuno fornito da uno dei covalente SINGOLO; nel caso delle coppie di

due atomi e formazione di un LEGAME elettroni, possiamo distinguere:

COVALENTE. Attraverso i simboli • le coppie di legame, che possono essere

sostituite da un trattino, per rappresentare il legame;

.. ..

+ H

. .

Cl Cl

x •

H i cosiddetti “doppietti solitari”, rappresentati da

.. ..

x

.. .. una coppia di elettroni non condivisa, che, quindi,

si può osservare la coppia di elettroni di legame non partecipa al legame; queste ultime sono presenti,

condivisi che rappresenta il legame covalente, per cui ad esempio, sull’atomo di Cl (3 doppietti solitari per

H assume la configurazione dell’He (2 elettroni) e Cl atomo).

quella dell’Ar, completando l’ottetto. Ragionando in

termini di densità elettronica e di orbitale, il legame . .

→ oppure H H

H H H H

covalente può essere interpretato in termini di x + x

sovrapposizione tra gli orbitali dei due atomi vicini:

più efficace è la sovrapposizione, più forte è il

IL LEGAME CHIMICO

elettroni di legame Se procediamo in modo analogo con la molecola di

azoto (N ), affinché i due atomi raggiungano

doppietti solitari 2

l’ottetto, è necessario attribuire a ciascuno tre coppie

di elettroni di legame: si forma, quindi, un legame

xx xx

..

.. x xx → x

Cl Cl Cl

.

Cl

. ..

.. covalente triplo. Questo legame è molto forte e

+ x x

..

.. xx xx spiega la scarsa reattività di N , che viene spesso

2

usato come atmosfera inerte. La maggiore forza del

oppure Cl Cl legame triplo N≡N rispetto ad un legame singolo N-

N è confermato sperimentalmente dalle lunghezze di

Questi schemi rappresentano la base concettuale legame (0,109 nm per il legame triplo contro 0,147

delle formule di struttura dei composti, introdotte nm per il legame N-N in altri composti)

in precedenza. ..

Allo stesso modo possono essere descritti molti .. →

. .

. . N N N N

..

..

..

..

.. .. ..

oppure

N N

. .

composti, in particolare quelli costituiti da non- +

metalli, come, ad esempio, NH e H O. Analogamente può essere spiegato il doppio legame

3 2 nella molecola dell’ossigeno, in cui vengono

xx ..

. condivise due coppie di elettroni, con formazione di

H . oppure

O H

x H O

x H O H

.. 2

xx un legame covalente DOPPIO.

..

..

xx ..

. .. ..

.. ..

.

.

H N H H N H

. oppure

O O

..

x x ..

. O O O O

. ..

..

. + .. .. .. ..

oppure

x NH

H 3

H IL LEGAME CHIMICO

6.3.3 LEGAME COVALENTE DATIVO H

.

x

Nel legame covalente ciascuno dei due atomi H N

. .. →

+

x . *

H Cl

contribuisce alla formazione del legame con un x

H

elettrone. In altri casi, invece, gli elettroni di legame

condivisi possono essere forniti da uno solo dei due

atomi: in questo caso si forma un LEGAME -

+

H

COVALENTE DATIVO, o COORDINATIVO, .

x * Cl

che si forma facilmente nel caso di molecole H H

N

.

→ ..

x . x

contenenti doppietti solitari non condivisi. Ad H

esempio, mescolando ammoniaca e acido cloridrico Il legame dativo non è distinguibile dal legame

gassoso si ottiene cloruro di ammonio, secondo la covalente, anche se in genere lo si rappresenta in

reazione: modo diverso, con una freccia; i quattro legami N-

NH + HCl NH Cl

3 4 H sono perfettamente identici ed equivalenti.

che può essere interpretata come il risultato della

formazione di un legame covalente dativo tra una

coppia di elettroni disponibili dell’atomo N di NH +

3

e lo ione H di HCl, con formazione di uno ione H

+

ammonio NH .

4+ H N H

H

Il legame covalente dativo permette spesso di

spiegare la formazione di più composti simili (ad

IL LEGAME CHIMICO

esempio, ossidi) da parte di non-metalli con numero e sull’idrogeno una parziale carica positiva, indicate

di ossidazione variabile. δ δ

con i simboli e (delta)

+ - δ

δ + -

6.4 ELETTRONEGATIVITA’, POLARITA’ E H----Cl

CARATTERE DEI LEGAMI e può essere quantificato dal valore del momento

Quando due atomi diversi sono uniti da un legame dipolare, che in una molecola si calcola facendo la

covalente, l’attrazione esercitata da ogni atomo sugli somma vettoriale dei valori di momento dipolare

elettroni di legame può essere messa in relazione con relativi a tutti i legami presenti.

una proprietà detta ELETTRONEGATIVITA’. Quando il legame unisce due atomi uguali, come ad

Ad esempio, in una molecola di HCl, l’atomo di esempio in H o Cl , i centri delle cariche positive e

cloro, più elettronegativo rispetto all’idrogeno, 2 2

negative sono coincidenti, in un punto equidistante

esercita un’attrazione maggiore sugli elettroni di dai due nuclei, e conseguentemente questi legami

legame, per cui il baricentro delle cariche positive e non presentano polarità. Quindi, sono APOLARI le

quello delle cariche negative non coincidono: molecole in cui gli atomi non presentano una

quest’ultimo è più spostato verso l’atomo di cloro, e significativa differenza di elettronegatività oppure

questa distribuzione asimmetrica delle cariche, nota quelle simmetriche, in cui dipoli uguali si annullano a

come POLARIZZAZIONE, dà luogo ad una vicenda: in queste molecole il momento dipolare è

molecola POLARE, in cui i baricentri separati delle nullo.

cariche positive e negative costituiscono un dipolo. Il

dipolo, generato grazie alla presenza di un elemento

fortemente elettronegativo, può essere rappresentato

formalizzando sul cloro una parziale carica negativa

IL LEGAME CHIMICO

H H Cl

Cl Cl

H

= centro della carica positiva

= nucleo atomico

= centro della carica negativa

L’ELETTRONEGATIVITA’ può essere definita

come la tendenza di un atomo in una molecola ad

attrarre gli elettroni di legame

descrive, quindi la capacità di un atomo di

competere per gli elettroni di legame con gli altri

atomi cui è legato.

La tabella presenta i valori di elettronegatività di

alcuni elementi secondo la scala di Pauling.

IL LEGAME CHIMICO

H

2,2

Li Be B N O F

C

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

1,0 1,5

Na Mg Al P S Cl

Si

0,9 1,5 2,1 2,5 3,0

1,8

1,2 Ga As Se Br

Ge

K Ca

0,8 1,0 1,8 2,0 2,4 2,8

1,8

(elementi

del

blocco d)

Rb Sr In Sn Sb Te I

0,8 1,6 1,8 1,9 2,1 2,5

1,0

Cs Tl Pb Bi Po At

Ba

0,7 1,7 1,8 1,9 2,0 2,2

0,9

IL LEGAME CHIMICO

∆EN = 1,0

I non-metalli, che hanno forte tendenza ad (H-Cl)

acquistare elettroni, hanno valori di elettronegatività ∆EN = 1,2

(H-O)

elevati, mentre i metalli sono caratterizzati da valori Il legame H-O è leggermente più polare e presenta

inferiori. Nella tavola periodica, questa proprietà un maggiore carattere ionico rispetto al legame

diminuisce in un gruppo dall’alto verso il basso ed H-Cl.

aumenta in un periodo da sinistra a destra. Come si

può notare nella tabella, l’elemento in assoluto più Schematicamente, si possono individuare varie

elettronegativo è il fluoro (EN = 4). possibilità:

L’elettronegatività è correlata con l’affinità ∆EN

1. Legame covalente puro o omopolare: = 0

elettronica, ma mentre quest’ultima esprime la

capacità di attrarre elettroni da parte di singoli atomi, E’ il legame che si stabilisce tra due legami uguali o

essa è una proprietà molecolare ed è riferita ad atomi che hanno uguale elettronegatività; la coppia

all’interno di molecole. elettronica è equamente condivisa dai due atomi e la

molecola non è polare.

I valori relativi di elettronegatività di due atomi

impegnati in un legame permettono di valutarne la

polarità, calcolando la differenza (∆EN) tra le ∆EN ≈2

2. Legame covalente polare:

elettronegatività dei due atomi impegnati nel legame. Quando i due atomi hanno diversa elettronegatività,

gli elettroni di legame sono maggiormente attratti

ESEMPIO dall’atomo più elettronegativo: la molecola è polare

ed il legame covalente presenta un parziale carattere

Quale legame è più polare tra H-Cl e H-O? ionico. L’effetto sarà tanto più pronunciato quanto

∆EN

Calcoliamo i valori di per i due legami, ∆EN.

maggiore è il valore di

sapendo che EN = 2,2; EN = 3,2; EN =3,4.

H Cl O


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AUTORE

Atreyu

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in farmacia (Facoltà di Medicina e Chirurgia e di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali)
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di CHIMICA MEDICA e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Tor Vergata - Uniroma2 o del prof Coletta Massimiliano.

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