Legami chimici
Perché esistono i legami chimici ?
• Le molecole sono aggregati stabili ed identici
contenenti più atomi
• La loro geometria non cambia al cambiare dello stato
di aggregazione
• Deve esistere una forma di interazione tra gli atomi.
IL LEGAME CHIMICO
Indica le forze di attrazione che legano gli atomi nelle molecole e gli ioni nei reticoli
cristallini.
Si formano legami quando gli atomi legandosi raggiungono uno stato di maggiore
stabilità (es.configurazione elettronica esterna completa di un gas nobile - otto
elettroni - ).
Sono di 4 tipi:
1. Legame COVALENTE
2. Legame DATIVO
3. Legame IONICO
4. Legame METALLICO
La VALENZA di un elemento è data dal numero di elettroni che esso deve perdere,
o acquistare, o mettere in comune con uno o più atomi per completare il suo
ottetto esterno di elettroni
Elettroni di valenza = elettroni dello strato più esterno
s1
s2
s2p1 s2p2 s2p3 s2p4
s2p5 s2p6
SIMBOLI DI LEWIS
4
ELETTRONEGATIVITÀ
E’ la proprietà di un atomo in un legame di addensare su di sé la carica elettrica
degli elettroni di valenza
L’elemento più elettronegativo è quello che assume una carica negativa parziale
rispetto all’altro
Elettronegatività di alcuni elementi, secondo Pauling
Nella tavola periodica
l’elettronegatività
aumenta da sinistra a
destra e
decresce dall’alto
verso il basso
H
2.1
Li
Be
1.5
2.0
2.5
Na
Mg
Al
Si
K
Ca
1.0
0.9
0.8
1.2
1.0
B
1.5
C
1.8
N
3.0
P
O
4.0
2.1
2.5
S
Cl
As
Se
Br
2.0
2.4
Te
2.1
E’ inversamente
correlata al raggio atomico
F
3.5
3.0
2.8
I
2.5
5
IL LEGAME COVALENTE
Legame fra due atomi che mettono in comune una o più coppie di
elettroni di valenza formando molecole.
Possono essere condivise al massimo tre coppie di elettroni, quindi
si formeranno legami covalenti semplici, doppi o tripli.
Le coppie di elettroni che sono coinvolte nel legame sono
rappresentate (Lewis) con un trattino o due puntini. Il numero di
coppie condivise indica se si tratta di un legame singolo, doppio o
triplo.
H3C ─ CH3
H2C ═ CH2
HC ≡ CH
H3C:CH3
H2C::CH2
HC:::CH
LEGAME COVALENTE PURO o APOLARE :
tra atomi con uguale elettronegatività. In questo caso, gli elettroni
coinvolti nel legame risulteranno maggiormente attratti dall'atomo
più elettronegativo, il legame risulterà quindi polarizzato
elettricamente, cioè ognuno degli atomi coinvolti nel legame
presenterà una carica elettrica parziale.
LEGAME COVALENTE POLARE :
tra atomi con differente elettronegatività. La separazione di cariche è
rappresentata da un vettore (momento dipolare) che va dal polo
negativo (>elettronegatività) al polo positivo (<elettronegatività).
m= d q
_
+
H
Cl
d = distanza tra le cariche
q = valore della carica
Il dipolo è un sistema costituito da due cariche
elettriche uguali e di segno opposto, poste ad
una distanza relativamente piccola tra loro
La presenza di legami polarizzati NON vuol dire automaticamente che
la molecola sia polare: una molecola è polare se la somma dei vettori
dei momenti dipolari dei singoli legami è diversa da zero.
Quindi, la molecola dell’acqua è polare
(vettore somma di m ≠ 0).
Invece, l’anidride carbonica è apolare:
m= d q
m= d q
O
C
O
Vettore somma uguale a zero.
Per stabilire se una molecola con più di un legame polare assuma carattere
dipolare è necessario conoscere la sua struttura.
Se le polarità di legame sono disposte in modo simmetrico, si annullano
reciprocamente e la molecola non ha momento dipolare.
Come stabilire se una molecola è polare o non polare
Quando in una molecola si verifica un
addensamento di carica negativa in una zona
(-) e una conseguente rarefazione di essa (+)
in un’altra zona si crea un dipolo e la molecola
si definisce dipolare.
IL LEGAME DATIVO
• Esiste un tipo di legame covalente in cui gli elettroni messi in
comune sono forniti entrambi da un solo atomo (datore) ad un
altro che li riceve (ricettore).
• Questo tipo di legame è considerato, oggi, un falso della chimica,
poiché non è altro che un legame covalente particolare, ma dalle
caratteristiche indistinguibili da un legame covalente vero e
proprio.
• In ogni caso, in questo tipo di legame, l’atomo datore deve avere
una coppia di elettroni da mettere a disposizione.
Esempio:
HClO
H xO
++
+
Cl
++
acido ipocloroso
++
+
+
H ─ O ─ Cl ++
++
Cl ha tre coppie di elettroni
++
H ─ O ─ Cl
++
+
+
+
++
O
H ─ O ─ Cl ─ O
++
O
++
H ─ O ─ Cl ─ O +
++
O
+
H ─ O ─ Cl +
O
Formazione dello ione ammonio
NH3 + H+
NH4+
L'ammoniaca dispone di una coppia di elettroni non impegnata in legame e mette in
condivisione con il protone tale doppietto elettronico con la formazione di un
legame covalente dativo.
Il legame dativo viene indicato da una freccia che parte dall'atomo
donatore e raggiunge l'atomo accettore della coppia di elettroni.
1 protone
10 protoni
10 elettroni
11 protoni
10 elettroni
13
Perché esistono molecole con stechiometria
simile e geometrie differenti?
Ci sono molecole con stechiometria analoga
(CO2, SO2 , H2O) ma geometrie differenti.

Poiché il numero di legami è legato alla
stechiometria, gli elettroni di legame non sono
sufficienti per spiegare la geometria delle
molecole.

VSEPR
(Valence Shell Electron Pair Repulsion)
Le coppie di elettroni che si trovano intorno ad
un atomo possono essere assimilate a zone di
carica elettrica. Essendo cariche dello stesso
segno, si instaurano delle repulsioni che
destabilizzano i sistemi.
Tali coppie, pertanto, tenderanno a disporsi nello
spazio in modo tale da minimizzare le repulsioni
e quindi alla maggiore distanza possibile
tenendo conto del vincolo di appartenenza ad un
atomo.
Anidride Carbonica (CO2)
Nella molecola sono presenti 2 legami (doppi), per cui la
massima distanza tra i baricentri delle cariche negative si
raggiunge per un angolo di 180°
Anidride Solforosa (SO2)
120°
Nella molecola sono
presenti 2 legami ed una
coppia di elettroni, per cui
la massima distanza tra i
baricentri delle cariche
negative si raggiunge per
un angolo di 120°
Acqua (H2O)
109°
Nella molecola sono
presenti 2 legami e due
coppie di elettroni, per
cui la massima distanza
tra i baricentri delle
cariche negative si
raggiunge per un
angolo di 109°
La struttura dei solidi
Solidi Cristallini
Le molecole o gli atomi che li costituiscono
sono disposti nello spazio seguendo
rigorosamente delle regole definite
Le loro proprietà fisiche sono anisotrope
Fondono ad una temperatura definita
Quarzo
Solidi Amorfi
La loro struttura è simile alla struttura di una
fase liquida
Le molecole o gli atomi sono disposti in
aggregati ordinati solo per brevi distanze
Le proprietà fisiche sono isotrope (uguali in
tutte le direzioni)
Non fondono ad una temperatura definita
Non sono stabili
Vetro
Solidi Covalenti
I solidi covalenti sono dei solidi nei quali l’interazione che
origina il solido è un legame covalente che si stabilisce tra
tutti gli atomi del cristallo
Un cristallo di un solido covalente può essere considerato
come una gigantesca molecola
DIAMANTE
GRAFITE
Solidi Molecolari
•
•
•
Temperatura di fusione bassa
Scarsa durezza
Alta tensione di vapore
• In questi solidi nei nodi del reticolo cristallino sono presenti delle
molecole isolate.
• Le interazioni che si stabiliscono tra le molecole sono di natura dipolare
(dipolo permanente - dipolo permanente, dipolo permanente - dipolo
indotto, dipolo istantaneo - dipolo istantaneo)
• Esempi sono il ghiaccio, lo iodio, la naftalina
Solidi Ionici
•
Il solido ionico ha una struttura cristallina dalla geometria precisa che
dipende dalle distanze di legame. I nodi reticolari sono occupati da ioni
positivi o negativi tra i quali viene esercitata un’attrazione elettrostatica
• Un esempio classico è la struttura del NaCl (cloruro di sodio). Essa è costituita
da una matrice di ioni positivi (Na+) immersa in una matrice di ioni negativi
(Cl-) o viceversa.
• Il fatto fondamentale è che non è possibile identificare un’unità
molecolare NaCl.
Na+
Cl–
Proprietà dei Solidi Ionici
Hanno temperature di fusione tra i 400° ed 1000°
Sono relativamente duri e fragili
Non conducono la corrente elettrica allo stato solido
Conducono la corrente elettrica allo stato fuso
IL LEGAME IONICO
Attrazione di natura elettrostatica che si esercita fra ioni di carica
opposta nei reticoli cristallini dei composti ionici.
Non si può parlare di molecole, ogni ione positivo è legato a tutti gli
ioni negativi presenti nel cristallo, più fortemente a quelli vicini e meno
fortemente a quelli lontani.
La formula di un composto ionico rappresenta solo il rapporto
molare presente nel cristallo.
Non è un legame direzionale. Si forma fra elementi aventi una forte
differenza di elettronegatività.
Proprietà dei Metalli
Malleabilità: i metalli possono esser facilmente ridotti in lamine
sottili per battitura
Duttilità: i metalli possono essere tirati in fili.
Elevata Conducibilità Termica
Elevata Conducibilità Elettrica
Lucentezza
IL LEGAME METALLICO
È un legame che spiega la struttura e le proprietà dei metalli. Gli atomi metallici
mettono in comune i loro elettroni dello strato esterno e formano ioni metallici
positivi e una nube di elettroni mobili, non vincolati nel movimento attorno ad un
solo nucleo.
Questa nube avvolge tutti gli ioni del metallo e li tiene fissi in un reticolo
tridimensionale.