Chimica:

VALENZA

Per gli elementi che non presentano l'ottetto completo, bisogna osservare che il numero di elettroni spaiati presenti in un atomo rappresenta la valenza dell'atomo stesso.

Per alcuni atomi sono possibili più stati di valenza, poiché esistono orbitali con la stessa energia in uno stesso livello, e gli elettroni anziché completarne alcuni tendono ad occuparne il maggior numero possibile. Ad esempio il carbonio (C), con 6 elettroni, 2 nel primo livello e 4 nel secondo, possiede valenza 4 (tetravalente).

IL LEGAME CHIMICO

La quasi totalità della materia che ci circonda è costituita da atomi legati fra loro da un legame chimico. La formazione del legame avviene ad opera degli elettroni di legame, che sono elettroni del livello energetico più esterno incompleto. Gli elettroni e gli atomi vengono indicati con la formula di Lewis, data dal simbolo chimico circondato da punti che rappresentano gli elettroni, a coppia o spaiati a seconda della loro disposizione negli orbitali:

Es.: H Li Be B C N O F

Tutti gli atomi che non possiedono l'ottetto completo tendono a raggiungere questa situazione di massima stabilità combinandosi tra loro; queste interazioni fra atomi definite legami chimici sono costituite a mezzo degli elettroni più esterni (elettroni di valenza).

Vi sono vari tipi di legame:

Ionico, Covalente non polare o Puro, Covalente Polare o Eteropolare, Covalente Dativo, Legame Idrogeno, Legame Metallico.

Legame Ionico o Polare

È il legame formato tra elementi con differente affinità per gli elettroni per es. I metalli (a sinistra della Tav. Periodica) ed i non-metalli (a destra Tav. Periodica) in cui si ha l'effettiva cessione di uno o più elettroni da un atomo all'altro con formazione di ioni permettendo così una conurazione elettronica stabile (come per il gas nobile più vicino.

- Perdita di elettroni (Ioni positivi o Cationi)

- Acquisto di elettroni (Ioni negativi o Anioni

Ad esempio consideriamo il cloruro di sodio NaCl (sale da cucina); il sodio Na (gruppo I metalli) possiede 11 elettroni uno in più del gas nobile che lo precede (neon), tende a perdere un elettrone ed a formare un catione Na⁺ molto stabile.

Il cloro Cl (gruppo VII dei non-metalli), possiede 17 elettroni e tende ad acquisirne uno per raggiungere la conurazione dello Argon (18 elettroni) formando così l'Anione Cl molto stabile.

Pertanto quando Sodio e Cloro vengono a contatto avviene una reazione chimica con la formazione di un legame polare fra ioni Na⁺Cl

Questo legame è determinato dall'azione attrattiva delle due cariche elettrostatiche di segno opposto che però non collassano in quanto ogni catione di Sodio è circondato, in una struttura cristallina elettricamente neutra, da anioni di Cloro e viceversa. Il legame è forte.

Il legame covalente

I legami covalenti si formano fra atomi uguali o tra atomi diversi per condivisione o messa in comune di elettroni. È un legame forte.

Legame Covalente Puro o Non Polare

È un legame che si forma per condivisione di elettroni tra atomi uguali, che hanno cioè la stessa elettronegatività (tendenza ad attrarre elettroni). Questo legame può essere:

a) Singolo: condivisione di una coppia di elettroni

H2 H H H - H

b) Doppio: condivisione di due coppie di elettroni

O2 O O O = O

c) Triplo: condivisione di tre coppie di elettroni

N 2 N N N N

Legame Covalente Polare o Eteropolare

È un legame che si forma per condivisione di elettroni tra atomi diversi , che hanno cioè diversa elettronegatività:

HF  H F H F

H2O O H O

H  H 105º H

H H

NH3 N H N - H

H H

Legame Covalente Dativo

È un legame che si forma per condivisione di una coppia di elettroni tra due atomi, ma è uno solo dei due atomi che cede la sua coppia (doppietto) che alla fine risulta in comune.

H H +

H⁺ + H  N a H N H

H H

Ammoniaca Ione Ammonio

Legame a Idrogeno o Ponte Idrogeno

Se consideriamo la molecola dell'acqua, notiamo che vi è una grande differenza di elettronegatività tra idrogeno e ossigeno. L'ossigeno che è più elettronegativo dell'idrogeno avrà in questa molecola una parziale carica positiva. Questo fatto fa si che quando numerose molecole d'acqua sono in contatto tra di loro si stabiliscono legami tra l'idrogeno di una molecola e l'ossigeno di un altra. Questi legami nel liquido si formano e si rompono, nel solido ghiaccio si fissano:

?^?

?^? ?^? H

?^? H-------O ?^? ?^? H

O H-------O GHIACCIO

H H

È un legame elettrostatico debole, di grande importanza biologica. Il legame ad idrogeno influisce sia sulla temperatura di ebollizione di un liquido sia su quelle di fusione, solubilità e forma di strutture cristalline.

Legame metallico

I metalli tendono a cedere elettroni e sono quindi costituiti da cationi (Ioni positivi) che formano

un insieme ordinato immerso nella nuvola elettronica formata dai loro elettroni esterni di legame. Gli elettroni di legame sono liberi di muoversi tra i cationi e perciò conferiscono al metallo una buona capacità a condurre calore ed energia elettrica. È un legame forte.

Distribuzione degli elettroni

sui livelli energetici

³ s p d f

7³ ---

6³ ---

5³ ---

4³ ---

3³ ---

2³ ---

1³ ---

__________ ______ ____ _____ _______ ______ _______

Energie

crescenti

es.: Carbonio (C)= 1s² +2s² +2p² Stato fondamentale

(C)= 1s² +2s +2p_x +2p_y +2p_z Stato ibridato

per cui l'atomo del carbonio genera 4 orbitali ibridi, (diretti nello spazio verso i vertici di un tetaedro al cui centro si trova il nucleo dell'atomo di carbonio), che possono sovrapporsi agli orbitali di 4 atomi di idrogeno dando origine alla molecola capostipite degli idrocarburi, il metano (CH₄).

cia