Le molecole sono composte da atomi legati fra di loro.
Il legame fra atomi è dato dalla condivisione degli elettroni più esterni come nei legami covalenti, oppure dalla attrazione di cariche diverse come nel legame ionico e nei legami deboli.
L’energia dei legami
Il legame tenderà ad acquisire la minima energia possibile. L’energia di legame è l’energia per formare o rompere un legame. Si esprime l’energia per mole di materia allo stato gassoso, ad esempio per legare due atomi di idrogeno ho bisogno di 436 kJ per mole di H2 prodotta, questa energia è assorbita dall’esterno. All’inverso per tornare ad avere i due atomi separati di H, devo fornire alla mole di H2 436 kJ. Ad ogni diverso legame di diversa molecola, corrisponde una energia sua propria.
La regola dell’ottetto
La configurazione elettronica ideale è quella del gas nobile, VIII gruppo. I gas nobili hanno già tutti gli 8 elettroni più esterni, per cui non hanno necessità di legarsi con nessuno.
Gli atomi di tutti gli altri gruppi tenderanno a diventare nobili, cedendo elettroni come nel I e II gruppo, o acquisendo elettroni come nel III, IV, V, VI, VII gruppo, fino a realizzare il fatidico numero 8.
Si dice regola dell’ottetto, perché 8 è la somma degli elettroni dell’orbitale s e dei tre orbitali p più esterni.
Es.: il carbonio è un s2p2, gli mancano 4 elettroni per raggiungere la stabilità del gas nobile a lui più prossimo, cioè il neon che è s2p6, finché non troverà i 4 elettroni mancanti non sarà contento.
Es.: l’ ossigeno è un s2p4, gli mancano 2 elettroni per raggiungere la stabilità del gas nobile a lui più prossimo, cioè il neon che è s2p6, finché non troverà i 2 elettroni mancanti non sarà contento.
L’esempio dalla anidride carbonica
Es.: un atomo di carbonio si sposerà facilmente con 2 atomi di ossigeno, gli elettroni in condivisione legheranno i tre atomi formando una nuova sostanza la CO2, detta anidride carbonica.
La valenza o rappresentazione di Lewis
Gli elettroni condivisi si dicono elettroni di valenza.
Es il carbonio, azoto e ossigeno hanno rispettivamente 4, 5, 6 elettroni esterni:
Condivisione significa legame, quindi la valenza di un atomo è il numero di legami che è in grado di formare.
Vedremo che il numero di valenza è stato sostituito da un nuovo concetto: il numero di ossidazione.
L’elettronegatività e i legami
L’elettronegatività indica la capacità dei diversi elementi di ricevere elettroni.
Gli elementi in basso a sinistra della tavola periodica, hanno la minima elettronegatività, cioè sono elementi che cedono facilmente un elettrone, assumendo carica positiva.
Es il sodio ha elettronegatività 0.93, il potassio e il rubidio 0.82, il cesio 0.79 e il francio 0.70.
Gli elementi in alto a destra della tavola periodica, hanno l’elettronegatività massima, sono elementi che ricevono facilmente un elettrone, assumendo carica negativa.
Ogni elemento ha un suo valore di elettronegatività, desumibile dalla tavola periodica, questo valore ci predice chi cede, chi riceve, e dove si collocherà con maggior probabilità l’elettrone.
Classifichiamo i legami a seconda della diversa elettronegatività.
Il legame covalente
Nel legame covalente c’è condivisione per fare sempre l’ottetto, quell’elettrone fa un ottetto per ciascun atomo, se sono coinvolti due atomi, avremo due ottetti.
Esistono 3 tipi di legame covalente: semplice, doppio e triplo.
Il legame covalente semplice è dato da una sola coppia di elettroni, es.: F-F.
Il legame covalente doppio è dato da due coppie di elettroni, es.: O=O.
Il legame covalente triplo è dato da tre coppie di elettroni, es.: NN.
Questi legami avvengono fra atomi uguali (FF, OO e NN), gli elettroni vengono donati e ricevuti da entrambi gli atomi.
Gli atomi legati da un legame covalente triplo sono più vicini che quelli legati con un legame doppio o semplice.
Per rompere un legame covalente semplice basta poca energia, ma per rompere legami doppi o tripli, l’energia di rottura necessaria è maggiore.
Il legame covalente puro
Quando la differenza di elettronegatività è zero abbiamo un legame covalente puro.
Es l’ossigeno atmosferico è sempre unito con altro ossigeno, formando una molecola O2. Essendo due atomi uguali, hanno la stessa elettronegatività, gli elettroni si collocano alla stessa distanza fra i due atomi, si dice legame puro.
Il legame covalente polare
I legami non puri e con differenza di elettronegatività inferiore a 1.9, sono legami covalenti polari, è il caso dei legami dell’ammoniaca NH3:
L’ammoniaca è composta da N e H.
L’elettronegatività di H 2,2 e N 3,04.
L’azoto N appartiene al gruppo V, ha cinque elettroni esterni, quindi gliene mancano tre, quindi tre legami con condivisione degli elettroni, legami covalenti: l’ammoniaca è formata ha 3 legame covalenti.
Il legame covalente dativo
Il legame covalente dativo è un particolare legame covalente, in cui un atomo non ha elettroni da condividere, per cui l’altro atomo ne mette due. Questo succede con gli ioni positivi. Lo ione ammonio NH4+ si forma quando l’ammoniaca NH3 incontra uno ione positivo di idrogeno H+, lo ione idrogeno H+ ha perso l’unico elettrone che possedeva. Nello ione ammonio NH4+, il legame con il quarto idrogeno è tutto a carico dell’azoto che ha due elettroni liberi. Il legame dativo si indica con una freccia, dal donatore al ricevente.
Video del prof. Liperoti
Il legame ionico
A temperatura ambiente il sale da cucina sviluppa un reticolo cristallino, ogni anione negativo è circondato da più cationi positivi, e viceversa.
Il legame ionico avviene tra un metallo del I o II gruppo e un non metallo, gli atomi hanno una differenza di elettronegatività maggiore di 1,9. Non è un vero e proprio legame con condivisione elettronica, ma una attrazione di ioni con carica elettrica opposta. Il metallo perde uno o due elettroni, che capta il non metallo.
I legami ionici danno dei composti detti Sali. I sali formano fra loro un reticolo cristallino che rende il loro punto di fusione alto.
Nei legami ionici, l’elettrone abbandona il metallo per entrare nel non metallo, i due atomi non condividono l’elettrone, ma stanno assieme, ciò che li unisce è la carica diversa o forza coulombiana.
Nei legami ionici, i due ioni hanno raggiunto la pace dei sensi, cioè l’ottetto. Ad esempio il sodio ha gli atomi del gas nobile che lo precede: il neon; il cloro diventa come il gas nobile che lo segue: l’argon.
Se mettiamo il sale da cucina in acqua, l’acqua che è un dipolo elettrico, si mette in mezzo tra lo ione positivo Na+ elo ione negativo Cl-, l’acqua si frappone riducendo la forza coulombiana fino ad annullarle, così i due ioni si separano, il sale si scioglie.
Sali ed elettroni coinvolti
I sali con simile differenza di elettronegatività, ma con diverso numero di elettroni coinvolti hanno temperature di fusione molto diverse, perché ?
Il sale da cucina NaCl fonde a 801°C, la magnesia MgO fonde a una temperatura molto più alta 2.852°C, perché pur avendo una elettronegatività molto simile, il sodio cede un solo elettrone, mentre il magnesio ne cede due.
Una seconda conseguenza è che il sale da cucina è solubile in acqua mentre la magnesia no!
Il legame metallico
L’80% degli elementi sono metalli.
Nei metalli gli elettroni del guscio più esterno sono condivisi da un gran numero di atomi: gli elettroni si muovono
facilmente.
Questo spiega la conducibilità elettrica (corrente), la conducibilità termica (caldi e freddi), la
malleabilità (deformarli in modo permanente senza romperli, riducendoli in fogli sottili), la duttilità (ridurli il fili
sottili).
I non metalli si trovano in alto a destra della tavola periodica, i non metalli sono più elettronegativi.
Sintesi sui legami
Due elementi posti in alto a destra della tavola sono 2 non metalli, si uniscono con legami covalenti, la differenza di
elettronegatività è inferiore di 1.9 ,
Due elementi l’uno posto a sinistra e l’altro posto in alto a destra della tavola, sono un non metallo e un metallo, si uniscono con legami ionici, la differenza di elettronegatività è maggiore di 1.9 ,
Due elementi posti in basso a sinistra della tavola sono due metalli e si uniscono con legami metallici.
Gli elettroni spaiati
Le molecole con degli elettroni spaiati o liberi sono particolarmente reattive, si chiamano radicali, pensiamo ai radicali liberi. Le molecole possono poi legarsi fra loro con legami deboli.
