CAPITOLO
8
I legami chimici
Indice
1. Legami chimici e simboli di Lewis
2. Legame covalente
3. Il legame covalente polare
4. L’elettronegatività
5. Caratteristiche del legame covalente
6. Il legame covalente dativo
7. Eccezioni alla regola dell’ottetto
8. Strutture di risonanza
9. Il legame ionico e i composti ionici
10. Gli ioni poliatomici
11. Il legame metallico
© Paolo Pistarà
© Istituto Italiano Edizioni Atlas
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CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
1 Legami chimici e simboli
di Lewis
Le forze che tengono uniti gli atomi in una molecola sono dette legami chimici.
Esistono tre classi di legami chimici:
il legame covalente
il legame ionico
il legame metallico
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1 Legami chimici e simboli
di Lewis
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
Con il nome di simboli di Lewis s’intende il simbolo dell’elemento circondato in
modo simmetrico dagli elettroni di valenza.
Il numero di elettroni di valenza di un atomo è uguale al numero del gruppo a cui
l’elemento appartiene.
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CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
2 Legame covalente
Un legame covalente consiste di una coppia di elettroni messi in comune tra due
atomi.
H + H H H
In modo più pratico la coppia di elettroni di legame è rappresentata da un trattino che
unisce i due atomi:
H−H
In presenza del legame covalente esistono forze di attrazione e di repulsione che si
bilanciano.
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2 Legame covalente
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
Ogni atomo, quando forma legami chimici con altri atomi, assume una configurazione
ad otto elettroni nel livello di valenza. Fa eccezione l’idrogeno.
MOLECOLA DI FLUORO
I due elettroni di legame vengono contati sia per il primo che per il secondo
atomo di fluoro, per cui ciascun atomo arriva a otto elettroni.
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2 Il legame covalente
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
In alcune molecole, come C2H4, O2, N2 per raggiungere la configurazione ad ottetto gli
atomi devono condividere due o tre coppie di elettroni (legami multipli).
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.
N + N N N N Ξ N
Nella molecola N2 si ha un triplo legame tra due atomi.
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CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
3 Il legame covalente polare
Un legame covalente è detto covalente polare quando il doppietto elettronico non è
equamente condiviso: un elemento presenta una maggiore forza di attrazione per gli
elettroni e l’altro elemento una minore forza.
Nella molecola
δ+
δ−
H − Cl
il cloro assume una lieve carica negativa () mentre l’idrogeno una lieve carica
positiva (+).
Il legame in H Cl è “covalente polare”.
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CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
4 L’elettronegatività
L’elettronegatività (EN) è la misura della capacità di un atomo, in una molecola, di attrarre
verso di sé gli elettroni condivisi di un legame covalente.
Nella tavola periodica gli elementi più elettronegativi si trovano in alto a destra, e quelli meno
elettronegativi in basso a sinistra.
ELETTRONEGATIVITÀ degli elementi dei gruppi principali
Gruppo
Periodo
1A
2A
3A
4A
5A
6A
7A
8A
1
H
2,1
2
Li
1,0
Be
1,5
B
2,0
C
2,5
N
3,0
O
3,5
F
4,0
Ne
-
3
Na
0,9
Mg
1,2
Al
1,5
Si
1,8
P
2,1
S
2,5
Cl
3,0
Ar
-
4
K
0,8
Ca
1,0
Ga
1,6
Ge
1,8
As
2,0
Sc
2,4
Br
2,9
Kr
-
5
Rb
0,8
Sr
1,0
In
1,7
Sn
1,8
Sb
1,9
Te
2,1
I
2,5
Xe
-
6
Cs
0,7
Ba
0,9
Tl
1,8
Pb
1,8
Bi
1,9
Po
2,0
At
2,2
Rn
-
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He
-
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5 Caratteristiche del legame
covalente
La lunghezza di legame e l’energia di
legame sono i due parametri che
caratterizzano i legami covalenti.
La distanza tra i nuclei di due atomi legati
con un legame covalente è chiamata
lunghezza di legame.
Modello della molecola dell’idrogeno H2
Lunghezza di ogni legame H – H 74 pm.
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CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
ESEMPI DI LUNGHEZZE MEDIE DI LEGAME
Molecola
Legame
Lunghezza di
legame (pm)
H2
H–H
74
Cl2
Cl – Cl
200
O2
O=O
121
N2
NΞN
110
H2O
O–H
96
CH4
C–H
107
C2H6
C–C
154
C2H4
C=C
133
C2H2
CΞC
120
NH3
N–H
101
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5 Caratteristiche del legame
covalente
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
ESEMPI DI ENERGIE DI LEGAME
La quantità di energia necessaria per
rompere un legame chimico tra due atomi
di una molecola allo stato gassoso è
chiamata energia di legame.
L’energia di legame si misura in kJ/mol.
H H + 436 kJ/mol H + H
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Molecola
Legame
Energia in
kJ/mol
H2
H–H
436
Cl2
Cl – Cl
242
I2
I–I
151
HCl
H – Cl
431
CH4
C–H
413
C2H6
C–C
346
C2H4
C=C
602
C2H2
CΞC
835
H2O
O–H
463
N2
NΞN
945
O2
O=O
498
NO
N=O
631
NH3
N–H
391
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CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
6 Il legame covalente dativo
Quando in un legame covalente il doppietto elettronico condiviso è fornito da un solo
atomo il legame è detto legame covalente dativo.
Il legame covalente dativo è rappresentato con una freccia che parte dall’atomo che
fornisce il doppietto elettronico.
O
MOLECOLA DELL’ACIDO NITRICO
H–O–N=O
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6 Il legame covalente dativo
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
Il legame covalente dativo che porta alla formazione di uno ione positivo prende il nome
di legame di coordinazione.
H
H – N + H+
H
ammoniaca
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+
H
H–N
H
H
ione ammonio
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7 Eccezioni alla regola
dell’ottetto
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
Le formule di Lewis di alcuni composti hanno l’atomo centrale che sfugge alla regola
dell’ottetto.
Visualizzazione grafica della struttura delle molecole di PCI5 e di
BCI3, composti che sfuggono alla regola dell’ottetto.
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CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
8 Strutture di risonanza
In alcuni casi la struttura di Lewis non descrive adeguatamente le proprietà di una
molecola.
Ciò si verifica quando una molecola presenta un legame doppio e un legame semplice
come in SO2.
S
O
O
In effetti, in questa molecola i due tipi di legame presentano la stessa lunghezza, per cui
si deve pensare che la struttura vera di SO2 risulta dalla combinazione di due strutture di
Lewis, chiamate “strutture di risonanza”.
S
O
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S
O
O
O
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9
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
Il legame ionico e i
composti ionici
Si definisce legame ionico l’attrazione tra ioni aventi carica opposta.
Adottando la simbologia di Lewis, nella reazione tra un atomo di sodio e un atomo di
cloro si verifica il trasferimento di un elettrone dal sodio al cloro.
Na + Cl
Na+
[ Na + Cl ]
Cl−
Tra cariche di segno opposto si crea un’attrazione elettrostatica, per cui gli ioni Na+ e Cl
si attraggono.
Le coppie ioniche Na+Cl costituiscono il cloruro di sodio, un solido cristallino
tridimensionale.
Cl−
Cl−
Na+
Na+
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Il legame ionico e i
composti ionici
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
Tutte le sostanze ioniche allo stato solido non esistono come molecole individuali.
In genere formano composti ionici i metalli dei gruppi 1A e 2A con gli alogeni o con i non
metalli del gruppo 6A.
I composti ionici sono sostanze solide cristalline che presentano elevate temperature di
fusione per le notevoli forze di attrazione tra le cariche ioniche.
Un’altra proprietà dei composti ionici è quella di
condurre l’elettricità quando si trovano allo stato fuso o
in soluzione.
Connettendo due elettrodi, immersi nella soluzione, con i poli di una
batteria, gli ioni positivi si muovono verso l’elettrodo negativo e gli
ioni negativi verso l’elettrodo positivo. Il movimento degli ioni
costituisce un passaggio di corrente elettrica che è rilevata
dall’accensione della lampadina.
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9
Il legame ionico e i
composti ionici
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
Le sostanze che, disciolte in acqua o allo
stato fuso, conducono la corrente elettrica
sono dette elettroliti.
Il solfato rameico in soluzione acquosa conduce la
corrente elettrica.
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Il legame ionico e i
composti ionici
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
Le sostanze che non conducono la corrente
elettrica sono dette non elettroliti.
Il glucosio, un composto covalente, non conduce
l’elettricità né allo stato solido né in soluzione
acquosa.
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CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
10 Gli ioni poliatomici
Due o più atomi legati tra loro con
complessivamente carica positiva o negativa.
legami
covalenti
possono
mostrare
Questo gruppo di atomi costituisce uno ione poliatomico perché possiede carica
elettrica.
2−
−
−
O–C–O
O
IONE CARBONATO CO3− −
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11 Il legame metallico
CAPITOLO 8. I LEGAMI CHIMICI
Viene definito legame metallico l’attrazione tra gli ioni
positivi del metallo e gli elettroni mobili che li
circondano.
Questo modello dà una spiegazione delle proprietà
caratteristiche dei metalli:
la conducibilità elettrica, perché in presenza di un campo elettrico gli elettroni
possono spostarsi verso il polo positivo del metallo;
la malleabilità e la duttilità, che esprimono la capacità degli ioni di scorrere gli uni
sugli altri sotto l’azione di una forza.
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