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Legame ionico
Come avviene la formazione del legame ionico
Il legame ionico si realizza quando la differenza di elettronegatività fra i due elementi
che intendono legarsi è superiore a 1,9. Si verifica il trasferimento di uno o più elettroni
dall'atomo meno elettronegativo (che perdendo elettroni diventa uno ione positivo =
catione) all’atomo più elettronegativo (che acquistando elettroni diventa uno ione negativo
= anione). Il legame ionico è la conseguenza dell'attrazione elettrostatica che si
manifesta tra i due ioni di carica opposta.
Il legame ionico nel cloruro di sodio
Il sodio metallico a contatto con il cloro gassoso, con una reazione violenta, forma il cloruro
di sodio, il comune sale da cucina. Nella reazione il sodio metallico cede al cloro il suo
elettrone di valenza. Il sodio perdendo un elettrone, assume una carica positiva e raggiunge
laconfigurazione elettronica del neon (configurazione ad ottetto) mentre il cloro,
acquistando un elettrone, assume una carica negativa e raggiunge la configurazione
elettronica dell'argon (configurazione ad ottetto). Si forma il Cloruro di Sodio, un
composto ionico in cui gli ioni Na+ e gli ioni Cl- risultano uniti tramite legame ionico.
A differenza di quanto si potrebbe pensare, non esiste la singola molecola di NaCl.
L'attrazione tra cariche di segno opposto, come sono gli ioni positivi Na+ e negativi Cl- , non
si sviluppa infatti lungo una sola direzione, ma agisce uniformemente in tutte le direzioni
con formazione di un reticolo cristallino ordinato.
Il numero di anioni che circonda un catione all’interno del reticolo cristallino è
detto numero di coordinazione del catione.
Il numero di cationi che circonda un anione all’interno del reticolo cristallino è
detto numero di coordinazione dell’anione.
Nel Cloruro di Sodio, ad esempio, lo ione Na+ si circonda di 6 ioni Cl- e lo ione Cl- si circonda
di 6 ioni Na+. Si forma il reticolo cristallino cubico di NaCl, cioè una struttura solida
ordinata i cui ioni di carica opposta si alternano ordinatamente nelle tre direzioni dello
spazio.
Nei composti ionici, dunque, la formula chimica non descrive una struttura molecolare,
ma è una rappresentazione di comodo, che indica la proporzione esistente nel cristallo tra
ioni positivi e negativi (formula minima). Nel caso del Cloruro di Sodio NaCl tale proporzione
è di 1:1.
Nel fluoruro di calcio:
Anche il legame che si instaura tra calcio e fluoro è di tipo ionico (differenza di
elettronegatività > 1,9). Il calcio per raggiungere la configurazione ad ottetto deve cedere
due elettroni, mentre il fluoro per raggiungere la configurazione ad ottetto deve acquistare
un elettrone. Risulta che il calcio cede due elettroni a due atomi di fluoro, ciascuno dei
quali acquista un elettrone. Pertanto è necessario che per ciascun ione Ca2+ siano presenti 2
ioni F-. La formula del composto corrispondente sarà pertanto CaF2 la quale indica che nel
reticolo cristallino del fluoruro di calcio (Fluorite) il rapporto di combinazione tra gli ioni
Calcio e gli ioni Fluoro è 2:1
Legame covalente
Come avviene la formazione del legame covalente
Il legame covalente si forma tra atomi che hanno un alto valore di elettronegatività e
quindi tra atomi "non metallici". Esistono due tipi di legame covalente: il legame covalente
puro e il legame covalente polare.
Il legame covalente puro (o covalente omeopolare) si realizza tra atomi dello stesso
elemento.
Il legame covalente polare (o covalente eteropolare) si realizza tra atomi di elementi
diversi (ma i due atomi devono avere una differenza di elettronegatività inferiore a 1,9).
Legame covalente puro
La natura del legame covalente venne proposta per la prima volta nel 1916 dal chimico
americano Gilbert Lewis. Lewis attribuì l'inerzia chimica dei gas nobili al fatto di possedere
8elettroni di valenza e che gli elementi tendessero a raggiungere tale configurazione
mediante una condivisione degli elettroni esterni (regola dell’ottetto).
Legame covalente singolo
Consideriamo come esempio la molecola del cloro (Cl2). I due atomi di cloro hanno una
configurazione elettronica esterna 3s2 3p5 e presentano un elettrone esterno solitario
(spaiato). A ciascuno dei due atomi di cloro serve, pertanto, un solo elettrone per
raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile successivo (Argon). Entrambi gli
atomi attirono fortemente l'elettrone spaiato dell'altro ma avendo la stessa elettronegatività
nessuno dei due riesce a strappare l'elettrone all'altro atomo. Alla fine i due elettroni spaiati
vengono condivisi da entrambi gli atomi: tale “condivisione” costituisce il legame covalente.
Ora i due elettroni non appartengono più all'uno o all'altro atomo, ma appartengono ad
entrambi. Si dice che i due elettroni sono stati messi in comune o in compartecipazione.
Ciascun atomo di cloro ha ora attorno a sè 3 coppie di elettroni non condivise (coppie
solitarie) e due elettroni condivisi che costituiscono un "doppietto di legame" per un totale
di 8 elettroni. La condivisione di una coppia di elettroni ha permesso a ciascun atomo di
cloro di raggiungere l'ottetto. Il legame che si forma attraverso la condivisione di una coppia
di elettroni viene chiamato "legame covalente singolo" o più semplicemente "singolo
legame" e viene rappresentato mediante un trattino che unisce i simboli chimici dei due
atomi.
Si consideri ora la formazione del legame covalente nella molecola di idrogeno H2. I due
atomi di idrogeno condividono il loro unico elettrone per raggiungere la configurazione
elettronica del gas nobile successivo (Elio).
Quando i due atomi entrano in collisione, si legano insieme per formare la molecola H2. I
due atomi di idrogeno, mettono in condivisione una coppia di elettroni, provenienti uno da
un atomo e uno dall'altro atomo.
Legame covalente doppio
Talvolta, per raggiungere l'ottetto, due atomi devono condividere due coppie di elettroni. In
tal caso nella molecola si viene a formare un doppio legame che viene rappresentato da due
trattini. Prendiamo come esempio la molecola dell'ossigeno O2. Secondo la teoria di Lewis,
due atomi di ossigeno, ciascuno con sei elettroni nel livello esteno, quando formano la
molecola dell'ossigeno O2, mettono in comune due elettroni ciascuno, per cui ogni atomo
arriva alla configurazione ad ottetto. Nella molecola è presente un doppio legame che viene
rappresentato mediante due trattini posti tra i simboli chimici dei due atomi (O = O). Un
legame doppio è più forte e più corto di un legame covalente singolo.
Legame covalente triplo
Due atomi di azoto, ciascuno con cinque elettroni nel livello esterno, quando formano la
molecola N2, mettono in comune tre elettroni ciascuno, pertanto ogni atomo raggiunge la
configurazione ad ottetto. Il legame che si forma è un triplo legame che viene
rappresentato con tre trattini posti tra i simboli chimici dei due atomi. Un legame triplo è
più forte e più corto di un legame doppio.
In generale, nei legami covalenti semplici è permessa la libera rotazione degli atomi intorno
all'asse di legame, nei legami covalenti doppi e tripli tale rotazione non è permessa.
Legame covalente polare
Quando il legame covalente si forma tra atomi che presentano un diverso valore di
elettronegatività, la nube elettronica degli elettroni che costituiscono il legame covalente è
concentrata sull'atomo più elettronegativo. Si parla in questo caso di legame covalente
polare.
Abbiamo visto che nel legame covalente puro, gli elettroni vengono condivisi tra atomi dello
stesso elemento. Ciascun atomo li attrae con la medesima elettronegatività e pertanto non
c'è ragione di pensare che si possa avere un addensamento di carica elettrica negativa
prevalentemente su uno o sull'altro dei due nuclei. In altri casi però gli atomi che formano il
legame covalente appartengono ad elementi diversi che presentano una diversa
elettronegatività. Consideriamo ad esempio la molecola dell'acido Cloridrico (HCl) nella
quale H e Cl condividono una coppia di elettroni.
La coppia di elettroni che costituisce il legame covalente risulta spostata verso l'atomo più
elettronegativo (in questo caso il Cl). Quest'ultimo acquista quindi una carica parzialmente
negativa ( δ- ), mentre l'altro atomo (nel nostro caso H) assume una carica parzialmente
positiva (δ+). Si viene a creare pertanto un dìpolo (due poli) ed il legame corrispondente
viene chiamato legame covalente polare.
Nella figura seguente viene rappresentata la mappa della "densità elettronica" nella
molecola dell'HCl. La tonalità del rosso indica un addensamento di carica elettrica negativa,
quelle in blu di carica elettrica positiva, mentre il verde indica la neutralità.
Quanto maggiore è la differenza di elettronegatività fra i due atomi che formano il legame,
tanto più elevata è la polarità del legame. Quando la differenza di elettronegatività fra i
due elementi che intendono legarsi è superiore a 1.9, avviene un trasferimento di
elettroni dall'atomo meno elettronegativo all'atomo più elettronegativo. Si realizza in questo
caso un legame ionico.
Legame covalente dativo
Legame covalente dativo: definizione e spiegazione
Molti composti presentano un particolare tipo di legame covalente nel quale la coppia
elettronica di legame viene fornita da un solo atomo chiamato donatore o datore; questa
coppia di elettroni viene condivisa con l'altro atomo (accettore) che pertanto deve avere un
orbitale vuoto nel quale accogliere la coppia di elettroni. Tale legame è dettolegame
covalente dativo ed una volta formatosi non è distinguibile da un normale legame
covalente.
Il legame covalente dativo viene rappresentato con una freccia che parte dall'atomo datore
D e arriva all'atomo accettore A; D → A. L'atomo accettore deve essere più elettronegativo
dell'atomo datore.
Questo tipo di legame si realizza ad esempio nella molecola dell'anidride solforosa (SO2) e
nella molecola dell'anidride solforica (SO3). Sulla base delle configurazioni elettroniche
esterne dei due elementi (S ed O)
ci potremmo aspettare la formazione della molecola di S=O:
Tale struttura permetterebbe ad entrambi gli atomi una configurazione ad ottetto. In realtà
quando zolfo e ossigeno reagiscono si forma SO2 (anidride solforosa) ed SO3 (anidride
solforica).
Legame covalente dativo nella molecola dell'SO2 e dell'SO3
Per giustificare la formazione dell'anidride solforosa SO2 si suppone che lo zolfo leghi a sè
l'atomo di ossigeno attraverso una delle sue due coppie di elettroni solitarie. Tuttavia
l'atomo di ossigeno nel suo stato fondamentale non possiede alcun orbitale vuoto su cui
accogliere questa coppia di elettroni. Si ammette quindi che l'atomo di ossigeno renda libero
uno degli orbitali mediante accoppiamento di due elettroni p su un unico orbitale:
L'atomo di ossigeno possiede ora un orbitale p vuoto ed è in grado di accettare la coppia di
elettroni proveniente dall'atomo di zolfo. E' chiaro che l'accoppiamento di elettroni
dell'ossigeno richiede energia, ma questa viene compensata dall’aumento di stabilità che si
ottiene con la formazione di un ulteriore legame covalente.
Lo zolfo possiede ancora un doppietto elettronico che può utilizzare per legare un altro
atomo di ossigeno. In questo modo viene giustificata la formazione dell'anidride solforica
SO3.
Il legame covalente dativo nello ione idronio
Anche lo ione H+ in soluzione acquosa si comporta da atomo accettore nei confronti
dell'acqua (atomo datore) grazie al suo orbitale 1s vuoto. La molecola dell'acqua lega
attraverso una delle due coppie di elettroni solitarie presenti sull'atomo di ossigeno lo ione
H+ con formazione dello ione ossonio (o idronio) H3O+.
H+ + H2O → H3O+
Una volta che lo ione H3O+ si è formato, i 3 legami covalenti risultano indistinguibili.
Legame metallico
Il legame metallico, il modello a nube elettronica e
Gli atomi che costituiscono un metallo sono tenuti insieme da un tipo di legame chiamato
legame metallico.
Tra i modelli che descrivono il legame metallico vi è il "modello a nube elettronica" di
P.Drude (1863- 1906).
Legame metallico: modello a nube elettronica
Secondo questo modello in un metallo gli atomi perdono i loro elettroni di
valenza trasformandosi in cationi (ioni positivi). Gli ioni si dispongono in modo da
impacchettarsi nel miglior modo possibile (massimo impaccamento), creando così strutture
geometriche ben definite. Gli elettroni di valenza non appartengono più ai singoli atomi, ma
sono liberi di muoversi (elettroni delocalizzati) tra i vari cationi. Possiamo quindi
immaginare un cristallo metallico come costituito da un reticolo di ioni positivi immersi
in un mare di elettroni che ne costituiscono l'elemento legante.
Questo modello spiega alcune proprietà caratteristiche dei metalli: sono buoni
conduttori infatti gli elettroni sono liberi di muoversi all'interno del reticolo cristallino;
sono duttili, cioè possono essere trasformati in fili sottili e sono malleabili (cioè possono
essere ridotti in lamine) infatti gli elettroni mobili permettono agli ioni positivi delmetallo
di "scivolare" gli uni sugli altri, senza compromettere la compattezza della struttura.
Il comportamento dei metalli è opposto a quello dei solidi ionici. La fragilità dei solidi ionici
è dovuta alla presenza in essi delle cariche positive e negative. Una sollecitazione
meccanica provoca lo scorrimento dei piani, perciò le cariche uguali vengono a contatto. La
notevole repulsione provoca la frattura.
