Legami Chimici e Proprietà delle Sostanze: Una Panoramica Completa

Il Legame Chimico: Fondamenti e Classificazione

Il legame chimico è la forza che tiene uniti gli atomi, gli ioni o le molecole, formando le diverse sostanze. Le sostanze si creano quando due o più molecole sono legate da forze chiamate forze intermolecolari.

L'indice di coordinazione è il numero di ioni di segno opposto che circondano un determinato ione in una struttura cristallina.

Legame Ionico: Formazione e Caratteristiche

Il legame ionico risulta dall'unione tra ioni positivi (cationi) e ioni negativi (anioni). In un composto ionico, ogni ione positivo è circondato dal maggior numero possibile di ioni negativi, e viceversa, per massimizzare le attrazioni elettrostatiche.

Energia Reticolare e Ciclo di Born-Haber

L'energia reticolare (E_reticolare) è l'energia che si libera quando si forma una mole di composto ionico solido a partire dai suoi ioni gassosi.

Il Ciclo di Born-Haber è un metodo indiretto per calcolare l'energia reticolare dei composti ionici. Si basa sul principio che lo stesso composto ionico può essere ottenuto in due modi:

• Via indiretta: I composti si legano per formare un cristallo ionico solido.
• Via diretta: Questo percorso coinvolge una serie di passaggi energetici:
  • Vaporizzazione di una mole di litio (Li).
  • Dissociazione di mezza mole di fluoro (F₂).
  • Ionizzazione di una mole di atomi di litio (formazione di Li⁺).
  • Ionizzazione di una mole di atomi di fluoro (formazione di F^-).
  • Condensazione degli ioni gassosi (Li⁺ e F^-) per formare una mole di solido ionico (LiF).

Legame Covalente: Condivisione di Elettroni

Il legame covalente è l'unione di due atomi che condividono una o più coppie di elettroni.

Modello di Lewis e Teoria del Legame di Valenza

• Il Modello di Lewis rappresenta il simbolo dell'elemento e i punti intorno simulano gli elettroni del livello di valenza (NVL).
• La Teoria del Legame di Valenza (Valence Bond Theory) afferma che quando due atomi si uniscono tramite legame covalente, i loro orbitali si sovrappongono. Maggiore è la sovrapposizione, più forte è il legame.

Il numero di legami covalenti che un atomo può formare è pari al numero di elettroni di valenza spaiati.

Parametri e Proprietà del Legame Covalente

• Entalpia di legame (E₀): L'energia necessaria per dissociare una mole di elementi e ottenere lo stato gassoso.
• Lunghezza del legame: La distanza tra i nuclei degli atomi legati covalentemente.
• Momento di dipolo: Misura la polarità di un legame.
• Differenza di polarità: Se la differenza di elettronegatività tra gli atomi è maggiore, il legame è più ionico; se è minore, è più covalente.

Tipi di Legami Covalenti e Forze Intermolecolari

Legame Polare e Apolare

• Il legame polare si verifica quando un atomo è più elettronegativo dell'altro, attirando maggiormente gli elettroni condivisi e creando una parziale carica elettrica.
• Il legame apolare si verifica quando gli elettroni sono condivisi in modo uguale tra gli atomi.

Legame Metallico

Il legame metallico si forma quando gli atomi di metallo si uniscono, disponendosi a formare un reticolo cristallino. Gli elettroni di valenza sono delocalizzati e formano una "nube elettronica" che avvolge gli ioni positivi del metallo.

Forze Intermolecolari

Le forze intermolecolari sono attrazioni tra molecole e sono più deboli dei legami intramolecolari (ionici, covalenti, metallici).

• Forze di Van der Waals:
  • Dipolo-dipolo: Tra molecole polari.
  • Dipolo-dipolo indotto: Tra una molecola polare e una apolare.
  • Forze di dispersione (o di London): Dovute a dipoli temporanei indotti dal movimento degli elettroni.
• Ponti a idrogeno: Un tipo speciale di interazione dipolo-dipolo che si forma quando l'idrogeno è legato a un atomo molto elettronegativo come Fluoro (F), Ossigeno (O) o Azoto (N).

Proprietà delle Sostanze in Base al Tipo di Legame

Le proprietà fisiche e chimiche delle sostanze dipendono fortemente dal tipo di legame presente.

• Sostanze Ionici:
  • Costituite da ioni positivi e negativi.
  • Legame: Ionico.
  • Durezza: Dure.
  • Punto di fusione: Elevato (600-3000°C).
  • Conducibilità: Non conduttori allo stato solido, ma buoni conduttori allo stato fuso o in soluzione acquosa.
• Sostanze Molecolari Covalenti:
  • Costituite da molecole discrete.
  • Legame: Covalente (all'interno delle molecole), Forze di Van der Waals e Ponti a idrogeno (tra le molecole).
  • Durezza: Molto morbide.
  • Punto di fusione: Basso (-272°C a 400°C).
  • Conducibilità: Non conduttive.
• Sostanze Atomiche Covalenti (Reticoli Covalenti):
  • Costituite da atomi legati covalentemente in un reticolo esteso.
  • Legame: Covalente.
  • Durezza: Molto dure (es. diamante).
  • Punto di fusione: Elevato (1200-3600°C).
  • Conducibilità: Non conduttive (con alcune eccezioni come la grafite).
• Sostanze Metalliche:
  • Costituite da una nube di ioni positivi avvolta in un mare di elettroni delocalizzati.
  • Legame: Metallico.
  • Durezza: Varia da morbide a molto dure.
  • Punto di fusione: Variabile (-39°C per il mercurio a 3400°C per il tungsteno).
  • Conducibilità: Buoni conduttori di calore ed elettricità.