i legami chimici - Non solo scienza

RICHIAMI SUL SISTEMA PERIODICO
Il numero di elettroni sul livello più esterno rappresenta la configurazione elettronica esterna di
un elemento; elementi che fanno parte di uno stesso gruppo hanno la stessa configurazione
elettronica esterna (e viceversa)
Il numero di elettroni del livello più esterno può essere ricavato dalla posizione dell’elemento nella
Tavola periodica. Per i gruppi principali il numero di elettroni più esterni coincide con il numero del
gruppo.
La configurazione elettronica esterna di un elemento può essere rappresentata in modo semplice e utile
con il metodo di Lewis . Ogni elettrone esterno viene indicato con un puntino e scritto attorno al simbolo
chimico dell’elemento. I puntini-elettroni vengono disposti attorno al simbolo inserendoli
progressivamente uno per lato. Solo quando sono stati inseriti quattro puntini-elettroni i puntini possono
essere accoppiati. Quindi attorno a un simbolo si possono disegnare al massimo otto puntini-elettroni. Le
strutture rappresentate con questo metodo si chiamano simboli di Lewis.
I LEGAMI CHIMICI
Ogni sistema materiale tende spontaneamente a raggiungere uno stato di massima stabilità a minor
contenuto di energia. Anche gli atomi tendono a raggiungere uno stato energeticamente più stabile e lo
fanno unendosi tra loro.
L’unione tra atomi è detto LEGAME CHIMICO Possiamo definire i legami chimici le forze attrattive
di tipo elettrostatico che tengono uniti gli atomi nelle molecole e nei composti ionici.
In due atomi, via via che si avvicinano, le forze attrattive tra il nucleo di uno e gli elettroni dell’altro
diventano più forti, fino ad arrivare ad una situazione di stabilità corrispondente al minimo di energia;
ciò avviene a una distanza detta LUNGHEZZA DI LEGAME. Quando si forma un legame si libera una ENERGIA
DI LEGAME che equivale all’energia necessaria a rompere il legame; maggiore è l’energia, più forte è il
legame e minore è la lunghezza di legame.
Secondo Lewis tutti gli atomi tendono alla configurazione esterna ottimale detta OTTETTO, e per
raggiungerla tendono a cedere, acquistare o mettere in comune elettroni [REGOLA DELL’OTTETTO]
Esistono alcuni elementi chimici, chiamati “gas nobili”, dotati di grande stabilità.
Analizzandone la struttura si nota che questi gas posseggono nel loro ultimo orbitale otto elettroni; a
questa configurazione é stato dato il nome di OTTETTO ELETTRONICO. Si è pensato, quindi, che la stabilità
dei gas nobili sia dovuta alla presenza dell'ottetto; infatti gli altri elementi chimici, che non hanno
l'ottetto, mostrano una tendenza più o meno grande ad acquistare o a perdere elettroni cosicché
possano raggiungere l'ottetto e diventare stabili
La tendenza che gli elementi hanno ad attirare la coppia di elettroni impegnata in un legame covalente
é detta ELETTRONEGATIVITÀ; essa è stata calcolata sperimentalmente per quasi tutti gli elementi e viene
espressa con un valore puro, cioè senza dimensione.
Legami chimici primari
Sono legami molto forti dovuti a INTERAZIONE DIRETTA TRA GLI ATOMI.
Ne esistono 2 tipi: covalente e ionico
IONICO
si realizza tra atomi con ΔEl ≥ 1,9 tramite trasferimento di elettroni e formazione di ioni che si
attraggono reciprocamente
In questo tipo di legame l'elemento meno elettronegativo perde elettroni a favore dell'elemento più
elettronegativo che li acquista, completando il suo ottetto. Così facendo anche l'elemento che ha ceduto
gli elettroni ha raggiunto la stabilità. In linea generale il legame ionico si forma tra elementi del I, II e
III gruppo della tavola con elementi del VII, VI e V gruppo.
Ecco quello che succede: prendiamo come esempio un atomo di sodio (Na) e un atomo di cloro (Cl).
Il sodio deve perdere l'unico elettrone che ha sull'ultimo livello, il cloro invece deve acquistare un
elettrone; Si ha quindi il passaggio dell'elettrone del sodio (*) all'atomo di cloro:
Na *
••
• Cl :
••
••
• Cl :
••
Na *
Na
••
*• Cl :
••
Ora il sodio possiede una carica elettrica positiva e il cloro una carica elettrica negativa.
I due atomi sono così carichi elettricamente e vengono chiamati ioni; quello positivo è detto anche
catione, quello negativo anione. I due ioni si attraggono a vicenda avendo carica opposta. La
rappresentazione degli ioni è la seguente:
Na
+
Cl
-
ESERCIZIO
rappresentare i legami tra rame (Cu) e ossigeno (O) quando il rame ha numero di
ossidazione 1 (cioè quando coinvolge un solo elettrone)
Svolgimento:
Scrivere i simboli di Lewis
Far vedere quali scambi di elettroni avvengono
Scrivere gli ioni che si sono formati
2 Cu
+
O
- -
______________________________________________________________________
COVALENTE
si realizza quando due atomi mettono in comune elettroni.
In questo tipo di legame non c'è trasferimento di elettroni da un atomo all'altro in quanto la differenza
di elettronegatività non è elevata per cui gli atomi non hanno una capacità sufficiente a cedere o ad
acquistare rispettivamente gli elettroni. Il raggiungimento della stabilità (ottetto) è allora raggiunto
con una condivisione di elettroni, ossia ogni atomo mette a disposizione dell'altro un certo numero di
elettroni così che ognuno dei due possa completare l'ottetto. Esistono più modi per realizzare questo
tipo di legame: puro, polare e dativo
puro
- si realizza tra atomi con una differenza di elettronegatività quasi uguale a zero (0≤ ΔE ≤0,4)
-
se viene messo in comune un elettrone si chiama legame semplice, se gli elettroni in
comune sono 2 o 3 si chiama doppio o triplo (sono legami più corti e più energetici);
ogni atomo di cloro "presta" l'elettrone spaiato all'altro atomo in modo che tutti e due raggiungono
l'ottetto. La coppia di elettroni centrali è quella condivisa dagli atomi (elettroni di legame)
:
••
Cl •
••
• Cl
••
:
:
••
••
Cl
••
:
••
Cl
Cl
:
Cl
••
Gli elettroni messi in comune possono essere anche due o tre. Si forma un aggregato neutro di atomi
detto molecola.
polare - si realizza tra atomi con 0,2 < ΔE ≤ 1,7 ; la distribuzione asimmetrica della densità
elettronica fa sì che un atomo assuma una parziale carica elettrica positiva delta più (δ+) e l’altro una
parziale carica elettrica negativa delta meno (δ-)
Avviene allo stesso modo di quello puro con la differenza che la molecola che si forma presenta una
polarità in quanto la compartecipazione degli elettroni nel legame non é distribuita allo stesso modo:
l'atomo più elettronegativo attrae maggiormente gli elettroni rispetto all'altro atomo per cui addensa
su di sé maggiormente gli elettroni di legame e mostra una PARZIALE CARICA ELETTRICA negativa (-),
mentre l'altro atomo ovviamente avrà PARZIALE CARICA ELETTRICA positiva (+):
••
H● •Cl :
••
••
 H●•Cl : 
••
••
H●•Cl :
••
+
-

+
H―Cl 
-
N.B. A volte gli atomi si legano tra loro mettendo in comune più di un elettrone ciascuno. Per esempio,
nella formazione del composto O2 i due atomi di ossigeno condividono due coppie di elettroni. I due
legami covalenti che si formano prendono il nome di doppio legame. Nel caso della condivisione di tre
coppie di elettroni si parla di triplo legame.
dativo
- si realizza tra un atomo che fornisce due elettroni non impegnati in altri legami (datore) e un
atomo con un orbitale vuoto che completa il suo livello esterno (accettore) ; così atomi già legati ad altri
atomi possono legarsi ulteriormente ad altri atomi in modo covalente ma poiché gli ottetti sono completi
il legame avviene tramite il prestito di una coppia di elettroni da parte della molecola all'atomo che
invece non condivide elettroni ma mette a disposizione un orbitale vuoto:
• •
•
:O=S: :O:
• •
•
• •
•
:O::S: -> O:
• •
•
lo zolfo ha “dato” la coppia libera all'O
Questo tipo di legame é detto covalente DATIVO, e per rappresentarlo si usa una freccia dal gruppo
"datore" all'atomo "accettore". I datori più comuni sono N, S, Cl, Br, I ; l’accettore più comune è O
Esercizio
rappresentare i legami tra idrogeno (H), ossigeno (O) e cloro (Cl) quando il cloro ha numero di
ossidazione 3 (cioè quando coinvolge 3 elettroni)
Scrivere i simboli di Lewis, mettendo al centro l’atomo più elettronegativo
Legare tra loro i tre atomi con legami covalenti
Poiché il cloro impegna 3 elettroni in tutto significa che si lega a un altro atomo di ossigeno e siccome gli ottetti
sono stati raggiunti ci si legherà con un legame dativo
Che scritto in altra forma è
è un tipo particolare di legame che consiste nella sovrapposizione degli orbitali di
elettroni spaiati, da cui si origina una nube elettronica costituita dagli elettroni di valenza di tutti gli
atomi (“gas di elettroni” o “mare di elettroni”). In pratica gli elettroni ceduti si distribuiscono
nell’intero solido metallico. Un metallo allo stato solido quindi può essere considerato come costituito da
un insieme di cationi, disposti con regolarità, circondati da elettroni.
LEGAME METALLICO
_____________________________________________________
Legami chimici secondari
Sono legami deboli dovuti all’interazione elettrica tra molecole (sono indicati con ……. )
+
* Ione-dipolo: avviene tra uno ione e una molecola che presenta una polarità; per esempio Na e H2O
H
Na+
δ+
la molecola d'acqua si orienta
verso lo ione sodio esponendo la
parte carica negativamente
δ-
O
Hδ+
* Dipolo-dipolo: avviene tra molecole che presentano polarità; per esempio HCl e H 2O
+
H
Cl -
+
H
O-
H
+
le 2 molecole si dispongono con le
estremità dotate di carica opposta
* Legame idrogeno: avviene tra una molecola contenente H e una contenente un atomo molto
elettronegativo (O, Cl, F, S); é simile al dipolo-dipolo ma più forte; per esempio:
+
H
O H+
+
H
O
H+