I legami chimici
• La maggior parte delle sostanze chimiche
sono costituite da atomi combinati tra loro.
• Gli atomi si uniscono attraverso la
formazione di legami chimici.
legami chimici: forze attrattive
di tipo elettrostatico che tengono uniti gli atomi
nelle molecole e nei composti ionici
Un legame chimico si forma se l’energia degli atomi uniti
insieme è inferiore all’energia degli atomi isolati.
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A grandi distanze gli atomi non possono interagire, se sono
troppo vicini la repulsione (gli atomi che si respingono) causata
dai nuclei positivi causa un aumento di energia.
A una certa distanza si instaura un equilibrio tra la forza di
attrazione nucleo-elettrone e quella di repulsione nucleo-nucleo
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Lunghezza (o distanza) di legame: distanza tra due
nuclei legati (si misura in pm; 1pm = 10–12m)
Energia di legame:
energia liberata da una mole di sostanza, durante la
formazione del legame (o energia necessaria per
rompere il legame che unisce gli atomi)
A una certa distanza si instaura un equilibrio
tra la forza di attrazione nucleo-elettrone
e quella di repulsione nucleo-nucleo.
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Simbologia di Lewis
•Livello di valenza (o strato di valenza): livello occupato con
il più alto valore di n (numero quantico principale).
•Elettroni di valenza: elettroni del livello di valenza
(praticamente, quelli più esterni).
•La configurazione elettronica di valenza di un elemento può
essere rappresentata attraverso i simboli di Lewis.
• Il simbolo di Lewis si ottiene scrivendo il simbolo chimico
dell’elemento, circondato da punti che rappresentano gli
elettroni di valenza dell’atomo. Esempio: il litio, con un elettrone
di valenza nel suo sottolivello 2s, ha il simbolo di Lewis:
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I simboli di Lewis possono essere utilizzati solo per gli elementi dei gruppi
principali. Gli elementi rappresentativi o elementi dei gruppi principali
venivano indicati in passato con numeri romani, da I a VIII; spesso, sono
contrassegnati come Gruppo A (per distinguerli dal Gruppo B dei metalli
di transizione). Sulla tavola periodica, insieme a questa convenzione,
tuttora molto utilizzata, c’è anche la numerazione IUPAC, che indica i
gruppi con numeri arabi, da 1 a 18.
Tutti gli elementi del Gruppo I hanno un simbolo di Lewis simile, perché
ognuno di essi ha un solo elettrone di valenza, idem per gli elementi del II
Gruppo ecc..
All’interno di ciascun gruppo, gli elementi dei vari periodi hanno gli
stessi simboli di Lewis, fatta eccezione, naturalmente, per il simbolo
chimico. Se un atomo possiede più di quattro elettroni di valenza, gli
elettroni successivi si appaiano con gli altri (v. azoto e ossigeno, ecc).
Possiamo osservare che, per gli elementi rappresentativi, il numero
del gruppo è uguale al numero degli elettroni di valenza.
La configurazione stabile a bassa
energia e la regola dell’ottetto
I gas nobili (VIII gruppo) in
passato venivano chiamati gas
inerti, per la loro bassa reattività
chimica. Questa è dovuta alla
loro particolare configurazione
elettronica esterna (8 elettroni
esterni, s2p6) che li rende stabili.
La configurazione con otto
elettroni nel guscio di valenza è
chiamata configurazione a
ottetto.
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Gli atomi che non hanno otto elettroni nel livello
(guscio) più esterno sono instabili
Secondo la regola dell’ottetto gli atomi
si legano con altri atomi per raggiungere
la configurazione elettronica esterna uguale
a quella del gas nobile più vicino.
Un atomo raggiunge la configurazione a ottetto
del gas nobile più vicino cedendo,
acquistando o condividendo elettroni.
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►NOTA BENE!!
La regola dell’ottetto, nel caso dei composti ionici, funziona bene solo
per i cationi metallici dei gruppi I e II, dal terzo periodo in poi, e per
gli anioni dei non-metalli (es. alogeni, VII gruppo, fluoro, cloro.., ma
anche azoto, ossigeno, zolfo). Non vale invece per il litio e il berillio,
né per l’idrogeno, che forma lo ione H- quando reagisce con alcuni
metalli. In questi tre casi, tuttavia, gli ioni assumono la
configurazione elettronica dell’elio (1s2) che ha solo due elettroni, nel
livello più esterno.
Un atomo raggiunge la configurazione a ottetto
del gas nobile più vicino cedendo,
acquistando o condividendo elettroni.
Il modo con cui l’atomo raggiunge l’ottetto determina il tipo
di legame chimico che l’elemento forma.
Esistono tre tipi di legame: ionico, covalente e metallico.
LEGAME IONICO
Gli atomi possono raggiungere la configurazione
a ottetto trasferendo elettroni dall’elemento
meno elettronegativo a quello più elettronegativo.
L’atomo che acquista elettroni diventa
un anione, mentre quello che cede elettroni
si trasforma in un catione.
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Il legame ionico
11 da La chimica di Rippa
Legame ionico: forza di attrazione elettrostatica che
si instaura tra anioni e cationi e determina la
formazione di composti ionici: ioni di carica
opposta che si attraggono reciprocamente e non
molecole
In un composto ionico gli ioni formano un reticolo
cristallino. La forma dei cristalli dipende dalla carica e dalla
dimensione degli ioni
La formula di un composto ionico
non indica la formula della molecola,
ma il rapporto tra gli ioni nel reticolo cristallino.
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Il legame covalente omopolare
(o apolare o puro)
Il trasferimento di elettroni da un atomo
a un altro non può avvenire se gli atomi
hanno elettronegatività simile.
Il raggiungimento
dell’ottetto può
avvenire attraverso
la condivisione
di coppie di elettroni.
13 da La chimica di Rippa
Il legame covalente eteropolare (o polare)
Le molecole in cui è presente un legame
covalente eteropolare sono elettricamente neutre,
ma è presente una parziale separazione tra le cariche
e si forma un dipolo.
Dipolo sistema costituito da due poli di carica uguale, ma di segno
opposto, alle due estremità del legame
In basso, esempio di legame covalente polare in HCl e covalente omopolare in
Cl2
14 da Chimica di Brady
Il legame covalente dativo
Nel legame covalente dativo un atomo
che ha già raggiunto l’ottetto, può condividere
un suo doppietto elettronico non impegnato
in legami con un altro atomo che ha bisogno di due
elettroni per raggiungere l’ottetto.
15 da La chimica di Rippa
Un atomo può formare tanti legami covalenti dativi quanti sono i
doppietti elettronici liberi.
16 da La chimica di Rippa
Il legame metallico
Le proprietà dei metalli quali la conducibilità,
la duttilità e la malleabilità, vengono spiegate
tramite il legame metallico.
Un corpo metallico è costituito
da un aggregato geometricamente ordinato
di cationi immersi in una nube di elettroni
che si distribuisce in tutto il corpo.
Gli atomi dei metalli cedono i loro elettroni di valenza, formano
cationi e raggiungono l’ottetto. Gli elettroni si spostano facilmente
da un atomo a un altro. Da questo dipendono le proprietà dei
metalli, come conducibilità, malleabilità e duttilità.
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