
MODULO 3
- IL LEGAME CHIMICO
UNITA' DIDATTICA 1 - LEGAMI CHIMICI
TRA ATOMI
IL LEGAME COVALENTE
Quando la differenza di
elettronegatività tra gli atomi che si legano non è sufficientemente elevata
da giustificare un trasferimento di elettroni dall'atomo meno all'atomo più
elettronegativo, gli elementi possono mettere in comune un numero
variabile di elettroni in modo da arrivare ad una configurazione ad ottetto.
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Il legame covalente consiste nella
condivisione di una o più (massimo tre) coppie di elettroni.
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Consideriamo la molecola Cl2;
i due atomi costituenti sono uguali e quindi nessuno dei due tenderà a
"tirare" verso di se' gli elettroni più dell'altro. Ogni atomo di cloro ha
sette elettroni di valenza; quando i due atomi si avvicinano ogni atomo di
cloro metterà in comune un elettrone e si formerà una coppia di elettroni di
legame.
A questo punto i due elettroni di legame, disegnati
nell'intersezione delle nuvole elettroniche, appartengono ad entrambi gli
atomi e servono a tutti e due per arrivare ad una configurazione ad ottetto.
La molecola Cl2
esiste ed è stabile perchè i due atomi legati hanno in questo modo trovato
una maggior stabilità. I due atomi stanno uniti perchè entrambi i nuclei
attirano gli elettroni in comune e dunque, anche in questo caso, le forze
che tengono insieme gli atomi nella costituzione della molecola sono di
natura elettrica.
Un legame come quello descritto, nel quale la differenza di
elettronegatività tra gli atomi è nulla è detto covalente puro. In
questo caso gli elettroni di legame sono equidistanti dai due nuclei e la
nuvola elettronica è uniformemente distribuita sulla molecola.
I legami covalenti sono
solitamente indicati con dei trattini tra gli atomi, per esempio nella
molecola Cl2
il legame tra i due atomi di cloro
è indicato nel seguente modo:
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Cl
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Cl
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Quella riportata sopra è una formula
di struttura, una formula cioè che mette in evidenza i legami e quindi i
collegamenti tra gli atomi.
Un altro esempio di legame covalente puro è quello che tiene uniti i due
atomi di idrogeno nella molecola H2.
In questo caso ogni atomo di idrogeno possiede un solo elettrone di valenza
e questi vengono messi in comune cosicchè ogni atomo assume una
configurazione elettronica simile a quella del gas nobile elio (primo
livello pieno). Utilizziamo la simbologia di Lewis per visualizzare questa
situazione.
A volte mettere in comune una sola coppia di elettroni
non è sufficiente per arrivare ad una configurazione elettronica stabile,
gli elementi possono allora mettere in comune due (legame doppio) o
tre (legame triplo) coppie di elettroni.
Nella molecola O2
per esempio sono necessarie due coppie di elettroni in comune per arrivare
alla stabilità in quanto l'ossigeno ha sei elettroni di valenza. Un legame
doppio è di norma indicato da due trattini fra gli atomi.
Due atomi di azoto devono invece legarsi con un legame
triplo per rispettare la regola dell'ottetto in quanto ogni atomo possiede
cinque elettroni di valenza. La molecola N2
che così si viene a creare deve la sua grande stabilità proprio alla
presenza di questo legame multiplo. Il legame triplo è indicato con tre
trattini fra i due atomi.
Se tra due atomi la differenza di elettronegatività
non è nulla ma neanche così elevata da potersi creare un legame ionico, si
instaurerà allora un legame covalente polare. Consideriamo i due
elementi cloro e idrogeno; nella
tavola periodica osserviamo che possiedono valori di elettronegatività
rispettivamente di 3 e di 2,1. La differenza è di 0,9 quindi non sufficiente
all'instaurarsi di un legame ionico. Il cloro ha sette elettroni di valenza
e l'idrogeno 1, la situazione che si verrà a creare è illustrata nella
figura seguente:
Mettendo in comune un elettrone ciascuno entrambi gli
elementi arrivano a una configurazione elettronica stabile tipo gas nobile.
In questa molecola la coppia di elettroni di legame è attirata con più forza
dal cloro che è più elettronegativo e non è quindi equidistante dai due
nuclei.
Ora potete capire perchè alcune molecole esistono e altre no; gli elementi
si combinano in modo da formare aggregati in cui ciascun atomo assume una
configurazione elettronica stabile.
Consideriamo come esempio gli elementi ossigeno e idrogeno; consultate la
Tavola Periodica per conoscere i rispettivi valori di elettronegatività.
Come avete potuto osservare la differenza di elettronegatività è 1,4 quindi
tra questi elementi si instaurerà un legame covalente polare. L'ossigeno
appartiene al gruppo VI e quindi possiede 6 elettroni di valenza; un solo
legame non gli può bastare per arrivare ad una situazione di stabilità.
Combinando due atomi di idrogeno con uno di ossigeno le cose vanno già molto
meglio e potremo ottenere........l'acqua.
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