Fondamenti dei Legami Chimici: Ionico, Covalente e Metallico – Struttura e Proprietà

Legame Ionico: Definizione e Caratteristiche

Il legame ionico è l'unione di ioni con carica elettrica opposta mediante forze di attrazione elettrostatica.

Energia Reticolare

L'energia reticolare è l'energia che viene rilasciata nel processo di formazione del legame ionico da ioni nello stato gassoso, ed è ciò che giustifica la termodinamica dei processi. Quanto maggiore è l'energia rilasciata nel processo, tanto più stabile è il reticolo ionico e maggiori sono le forze di attrazione tra gli ioni che formano il composto ionico.

Proprietà dei Composti Ionici

I composti ionici presentano le seguenti caratteristiche:

• A temperatura ambiente sono solidi che formano reticoli cristallini.
• I punti di fusione e di ebollizione sono molto alti, essendo uniti da intense forze elettrostatiche. Per fondere o sciogliere è necessario rompere il reticolo cristallino, stabile per l'entità dell'attrazione elettrostatica tra gli ioni di segno diverso.
• La loro bassa comprimibilità li rende duri e fragili.
  • Sono duri a causa delle intense attrazioni elettrostatiche che li legano. Per scalfirli è necessario rompere i legami, vincendo l'attrazione elettrostatica.
  • Sono fragili perché lo scorrimento di uno strato di ioni fa sì che ioni dello stesso segno si trovino di fronte, generando una repulsione elettrostatica che rompe il reticolo.
• Sono solubili in solventi polari come l'acqua perché, entrando nel solvente, le cariche vengono immediatamente circondate da esso, rompendo il reticolo (solvatazione). Più solubile sarà il composto, meno stabile sarà, vale a dire, minore sarà il valore assoluto dell'energia reticolare.
• La conducibilità elettrica è pari a zero nello stato solido. Nella struttura cristallina solida, cationi e anioni sono mantenuti in una posizione fissa e non possono muoversi. Conducono corrente solo allo stato fuso o in soluzione, poiché in tali condizioni le cariche sono in movimento.

Legame Covalente: Struttura e Geometria

Il legame covalente tra atomi è giustificato dalla condivisione di coppie di elettroni.

Parametri di Legame

I parametri che definiscono un legame covalente sono:

• Lunghezza di Legame

  È la distanza di equilibrio tra i centri degli atomi. L'unità di misura standard è l'Angstrom (Å). Più bassa è la distanza di legame, più forte è il legame.

• Angolo di Legame

  È formato dalle linee immaginarie che attraversano il centro di due atomi legati. Viene misurato in gradi.

Teorie sul Legame Covalente

Teoria di Lewis

Gilbert Newton Lewis ha spiegato che il legame covalente è la condivisione di una o più coppie di elettroni tra due atomi, con l'obiettivo di raggiungere l'ottetto elettronico, tipico di un gas nobile.

TRPECV (Teoria della Repulsione delle Coppie Elettroniche del Guscio di Valenza)

Questa teoria si basa sul fatto che le molecole stabili acquisiscono una geometria che minimizza la repulsione tra le coppie di elettroni del guscio di valenza. L'eccitazione elettronica (o ibridazione) fornisce energia supplementare agli elettroni associati nel guscio di valenza per occupare un orbitale di energia più elevata e permettere all'atomo di avere più elettroni spaiati o solitari e, quindi, il numero di legami che necessita.

Polarità di Legame

La polarità di legame in una molecola crea un momento di dipolo, che è rappresentato da un vettore (una freccia) che punta nella direzione dell'elemento più elettronegativo. Si misura in Debye (D).

Proprietà delle Sostanze Covalenti

Sostanze Covalenti Atomiche

• A temperatura ambiente, le sostanze atomiche (es. grafite, diamante o quarzo) sono solidi cristallini covalenti con alto punto di fusione. Per fonderle è necessario rompere il reticolo di legami covalenti.
• Conduce corrente solo il Carbonio (grafite), in quanto vi è mobilità elettronica attraverso i legami tra gli strati di atomi.
• I composti atomici non si sciolgono in acqua grazie alla loro struttura compatta.

Sostanze Covalenti Molecolari

• A temperatura ambiente, le sostanze molecolari covalenti sono solidi, liquidi o gas a seconda della loro massa molecolare, e hanno punti di fusione e di ebollizione inferiori, poiché per scioglierle è necessario rompere solo le forze intermolecolari e non il legame covalente.
• In generale non conducono corrente; solo i composti molto polari la conducono in soluzione acquosa (solvente polare).
• I composti molecolari non polari (es. benzina) si sciolgono in sostanze non polari (es. benzene), mentre i composti covalenti con polarità molecolare si dissolvono in solventi polari.

Proprietà dei Metalli

I metalli formano reticoli metallici. In queste reti i cationi sono ordinati nello spazio e gli elettroni si muovono liberamente in tutto il cristallo. Le strutture cristalline sono principalmente cubiche a facce centrate (FCC) ed esagonali compatte (HCP).

• Alta Conducibilità Termica ed Elettrica

  Queste proprietà sono dovute all'elevata mobilità degli elettroni di valenza.

• Grande Deformabilità (Duttilità e Malleabilità)

  Ogni piano può essere spostato senza che i cationi si trovino di fronte. Ciò permette loro di essere duttili (allungati in fili, es. rame) e malleabili (stesi in fogli, es. alluminio).

• Punto di Fusione e di Ebollizione Alti

  Nella rete, gli atomi di metallo sono collegati con grande intensità. Per rompere queste reti è necessaria molta energia.

• Alta Densità

  Sono strutture molto compatte, ovvero la massa è molto grande rispetto al volume che occupano.

• Emissione di Elettroni o Effetto Fotoelettrico

  La superficie metallica emette elettroni per impatto di radiazione (se l'intensità non è troppo alta). Questo è possibile perché gli elettroni si trovano liberi di muoversi attorno al reticolo di cationi.