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Un legame chimico è il fenomeno fisico e l’interazione di sostanze chimiche che sono tenute insieme dall’attrazione degli atomi tra loro.

Questa associazione di atomi aiuta la formazione di molecole, ioni, cristalli, ecc. attraverso la condivisione e lo scambio di elettroni – o forze elettrostatiche.

Ci sono diversi tipi di legami chimici tra cui i legami covalenti, i legami ionici, i legami metallici, i legami idrogeno, ecc. I legami covalenti e ionici sono i casi principali di legami chimici.

Legami covalenti

Si chiama anche legame molecolare la condivisione reciproca di una o più coppie di elettroni tra due atomi. Queste coppie di elettroni che partecipano al legame sono conosciute come coppie condivise o coppie di legame, e gli elettroni condivisi situati nello spazio tra i due nuclei sono chiamati elettroni di legame e l’equilibrio stabile delle forze attrattive e repulsive tra gli atomi quando condividono gli elettroni, è noto come legame covalente.

La natura dell’interazione tra gli atomi dipende dalla loro elettronegatività relativa (la capacità di un atomo di attrarre l’atomo o coppia di legame). Quando la differenza tra le elettronegatività di due atomi è troppo piccola perché avvenga un trasferimento di elettroni per formare ioni si forma un legame covalente. Questi atomi hanno un’energia di ionizzazione molto alta.

Gli atomi condividono i loro elettroni per ottenere la configurazione a ottetto nel loro guscio di valenza. Normalmente contiene l’energia di circa ~80 kilocalorie per mole (kcal/mol). I legami covalenti raramente si rompono spontaneamente dopo la sua formazione.

Un legame covalente formato tra due non-metalli o tra due elementi uguali (o simili). I legami covalenti all’interno delle molecole sono molto forti e le interazioni covalenti sono altamente direzionali e dipendono dalla sovrapposizione degli orbitali.

Proprietà del legame covalente

Il composto covalente contiene le seguenti proprietà:

• Nello stato fisico, possono esistere come solidi, liquidi o gas.
• Le molecole del legame covalente hanno forme definite.
• Non sono dure di solito sono morbide e cerose per natura. Questo è dovuto alla presenza di una nuvola di elettroni tra ogni strato di atomi di carbonio.
• Sono facilmente solubili in solventi non polari e insolubili in solventi polari.
• I composti contenenti legami covalenti non sono conduttori di carica elettrica o hanno una conducibilità molto bassa a causa dell’assenza di ioni carichi o elettroni liberi. Ma la grafite è il buon conduttore perché lì vediamo una nuvola di elettroni.
• Sono cattivi conduttori di calore. Le loro molecole mancano di elettroni liberi e ciò ostacola il flusso di energia termica.
• Sono molto bassi o non malleabili o non duttili. I composti covalenti più piccoli con legami deboli sono spesso morbidi e malleabili
• I composti covalenti hanno punti di ebollizione bassi. Questo può essere attribuito alla loro debole forza di attrazione tra i vari atomi legati.

Esempi

HCl, H2O, PCl5 ecc sono esempi di legami covalenti.

Tipi di legami covalenti

Ci sono i seguenti tipi di legami covalenti basati sulla elettronegatività che gioca un ruolo vitale nel determinare i diversi tipi di legame covalente.

1. Legame covalente polare
2. Legame covalente non polare

Legame covalente polare

Si forma tra due atomi non metallici che hanno elettronegatività diverse e condividono i loro elettroni (condivisione ineguale di elettroni) in un legame covalente. Si forma tra due atomi diversi.

In esso una parte della densità elettronica della coppia di elettroni di legame è più vicina a uno dei nuclei legati, creando centri atomici parzialmente positivi e negativi con l’entità del trasferimento di carica. Questo dipende dalle elettronegatività relative dei due atomi. La nuvola di elettroni si sposterà verso quell’atomo che ha alta elettronegatività.

Questi composti possono esistere come solidi a causa della maggiore forza delle interazioni e hanno alti punti di fusione e di ebollizione. Sono solubili in composti polari come l’acqua.

Esempio: Esempio di legame polare-covalente sono:

• Legami tra l’idrogeno e altri elementi come l’ossigeno (H2 O).
• Legame tra l’idrogeno e altri atomi come Cl (HCl)e F (HF)

Legame covalente non polare

Si forma tra due stessi atomi che hanno la stessa elettronegatività e condividono gli stessi elettroni in un composto covalente. La differenza di elettronegatività è per lo più trascurabile nei legami covalenti non polari.

Esistono in forma di gas ma raramente in forma liquida e sono molto morbidi in natura. Hanno bassi punti di ebollizione e di fusione e sono solubili in solventi non polari.

Esempi:

H2, N2, O2, Cl2 ecc. sono esempi di legame covalente non polare

Altri tipi di legame covalente

Ci sono diversi altri tipi di legame covalente basato sul numero di elettroni condivisi accoppiati.

• Legame covalente singolo
• Legame covalente doppio
• Legame covalente triplo

Legame covalente singolo

Nel legame covalente singolo solo una coppia di elettroni è condivisa tra due atomi. È rappresentato da un trattino (-). È un legame più debole rispetto al doppio e al triplo legame. Ha meno densità. È il legame più stabile

Esempio: Il legame tra idrogeno e idrogeno (H-H) è un esempio di legame covalente singolo. Altri esempi di legame covalente sono F2, HCl ecc.

Doppio legame covalente

Quando due coppie di elettroni sono condivise tra i due atomi il legame formato è chiamato doppio legame. È rappresentato da un trattino (=). È formato da un legame Pi e un legame sigma. È un legame forte rispetto al singolo, ma è un legame meno stabile.

Esempio: Il legame tra due atomi di ossigeno (O=O) è un esempio di un doppio legame covalente. Altri esempi sono CO2, C2H4, acetone, ozono, ecc.

Legame covalente triplo

In un legame covalente triplo, tre coppie di elettroni sono condivise tra due atomi. È il meno stabile dei tipi generali di legami covalenti. È rappresentato da tre trattini (≡).

Esempio: N≡N è un esempio di legame covalente triplo.

Legami ionici

Un legame ionico è anche chiamato un legame covalente di elettroni, formato dal trasferimento completo di alcuni elettroni (dall’orbitale più esterno) da un atomo all’altro. Il trasferimento di elettroni produce ioni negativi chiamati anioni (L’atomo che guadagna uno o più elettroni) e ioni positivi chiamati cationi (L’atomo che perde uno o più elettroni).

Questi ioni si attraggono. Si sviluppano per attrazione elettrostatica di elementi con cariche elettriche opposte. Si formano tra atomi con grandi differenze di elettronegatività. Nella formazione del legame ionico, guadagnando o perdendo elettroni dagli atomi si ottiene l’ottetto. In questo legame, gli ioni sono disposti in una matrice tridimensionale, o cristalli e si dissociano in ioni in soluzione.

È una caratteristica comune dei composti inorganici e dei sali di molecole organiche. I legami ionici dipendono dal raggio dell’atomo, più grande è il raggio, più probabilmente il composto avrà un legame ionico. Si forma principalmente tra un metallo e un atomo non metallico.

Proprietà dei legami ionici

Ci sono le seguenti proprietà del legame ionico.

• Esistono come stato solido.
• I legami ionici sono duri a causa della natura cristallina e hanno anche alti punti di fusione e di ebollizione.
• Questo tipo di legame ha alta energia di legame rispetto al legame metallico.
• Sono non malleabili e non duttili.
• Per quanto riguarda gli altri legami, questo non è considerato un buon conduttore di elettricità, ma allo stato fuso può condurre elettricità a causa della presenza di ioni che agiscono come portatori di carica.
• Il legame ionico si dissocia in uno ione, come questi solubile in acqua.
• Questo legame è considerato il legame più forte degli altri ed è altamente fragile.

Esempio: Seguono alcuni esempi di legami ionici

KCl (cloruro di potassio)), CsF (fluoruro di cesio), BeS (solfuro di berillio), NaCl (cloruro di sodio) ecc.

Legame metallico

È il tipo di legame chimico che tiene insieme gli atomi tra i metalli e divide gli elettroni liberi tra il reticolo dei cationi. Come si è verificato in metalli o leghe cosiddetto legame metallico. È diverso dal legame covalente perché l’energia di ionizzazione per gli elettroni che occupano gli orbitali esterni degli elementi metallici è molto più piccola.

Quando l’ibridazione è assente l’orbitale s (che permette la sovrapposizione con fino a 12 ulteriori orbitali s degli atomi circostanti) porta alla formazione del legame ‘metallico’ (non direzionale) mentre l’orbitale d porta alla formazione del legame ‘covalente’ (direzionale).

Diversi fattori influenzano la forza di un legame metallico includono, il numero totale di elettroni delocalizzati, la grandezza della carica positiva tenuta dal catione metallico, il raggio ionico del catione.

• Esempi: Le leghe si formano attraverso il legame metallico. Esempi di leghe sono l’ottone (Cu e Zn) e l’acciaio (C e Fe). Altri esempi di legami metallici: ferro, cobalto, calcio e magnesio, argento, oro, ecc.

Proprietà dei legami metallici

Seguono le proprietà dei composti contenenti legami metallici

• I legami metallici sono solitamente allo stato solido.
• Sono di solito duri in natura e non hanno una forma definita.
• Se vediamo la sua solubilità in solventi non polari e polari sono insolubili
• La maggior parte dei metalli sono eccellenti conduttori elettrici perché gli elettroni nel mare di elettroni sono liberi di muoversi e portare la carica.
• I legami metallici sono malleabili e duttili con alti punti di fusione e bollitura e bassa volatilità.

Principale differenza tra legame ionico, covalente e metallico

Legame covalente	Legame ionico	Legame metallico
Condivisione di elettroni tra due atomi	Trasferimento completo di elettroni	Condivisione di elettroni tra reticolo metallico
Presente tra i nonmetalli	Presente tra metalli e non-metalli	Presente tra i metalli
Legame più forte del legame metallico	Legame più forte	Legame più debole degli altri
Esiste nello stato solido, liquido e gassoso	Esce come solido	Esce allo stato solido
Il legame è direzionale	Il legame è non direzionale	Il legame è non direzionale
L’elettronegatività del covalente polare è 0.5-1,7 e per il covalente non polare è ˂ 0,5.	˃ 0,7 è l’elettronegatività	Elettronegatività non richiesta.