Legame chimico
Si ha un legame chimico quando una forza di natura elettrostatica tiene uniti più atomi in una molecola o in un cristallo (legami forti) o più molecole in una sostanza allo stato condensato (legami deboli, o intermolecolari).
Legami forti
I legami forti sono generalmente classificati in tre classi, in ordine di polarità crescente:
- legame covalente puro
- è il legame che si instaura tra due atomi uguali o aventi uguale elettronegatività che condividono un doppietto elettronico in un orbitale che abbraccia entrambi gli atomi;
- essendo la nube elettronica distribuita simmetricamente, il legame risulta non polarizzato;
- legame covalente polare
- simile al precedente, è però un legame tra atomi aventi diversa elettronegatività; in questo caso, gli elettroni coinvolti nel legame risulteranno maggiormente attratti dall'atomo più elettronegativo, il legame risulterà quindi polarizzato elettricamente, cioè ognuno degli atomi coinvolti nel legame presenterà una carica elettrica parziale;
- quando una molecola è tenuta coesa da soli legami covalenti puri o possiede una simmetria tale da annullare reciprocamente le polarità dei suoi legami covalenti polari, allora risulterà complessivamente apolare;
- un tipo particolare di legame covalente, detto dativo si ha quando entrambi gli elettroni coinvolti nel legame provengono da uno solo dei due atomi, mentre l'altro fornisce un orbitale vuoto in cui allocarli;
- alcuni legami covalenti, detti delocalizzati, possono legare insieme tre o più atomi contemporaneamente, come nei borani e nei composti aromatici;
- la forma più estrema di delocalizzazione del legame covalente si ha nel legame metallico; un metallo può infatti essere rappresentato come un reticolo cristallino di ioni positivi tenuti uniti da una nube di elettroni condivisi estesa a tutto il reticolo; essendo tali elettroni non legati a nessun atomo particolare, risultano essere estremamente mobili; tale mobilità è responsabile della elevata conducibilità elettrica dei metalli.
- legame ionico
- quando la differenza di elettronegatività (scala di Pauling) tra gli atomi coinvolti nel legame supera il valore di 1,7 gli elettroni coinvolti nel legame risultano permanentemente legati all'atomo più elettronegativo, che quindi è diventato uno ione negativo; l'altro atomo, avendo perso un elettrone, è diventato uno ione positivo. In composti di questi tipo (sali) il legame non è più direzionato tra due atomi distinti, ma è una forza di attrazione elettrostatica distribuita uniformemente nello spazio attorno ad ogni ione; le coppie di ioni, in funzione delle dimensioni di ciascuno, si dispongono in reticoli cristallini regolari.
- in effetti i legami covalenti polari si possono considerare ibridi di legame covalente e ionico. Molti legami ritenuti per semplicità ionici presentano una certa componente covalente.
Legami deboli
I legami intermolecolari sono essenzialmente costituiti dalla reciproca attrazione tra dipoli statici - è il caso delle molecole polari - o tra dipoli ed ioni - è il caso, ad esempio, di un sale che si scioglie in acqua.
Nel caso dei gas nobili o di composti formati molecole apolari la possibilità di liquefare viene spiegata tramite la formazione casuale di un dipolo temporaneo quando gli elettroni, nel loro orbitare, si trovino casualmente concentrati su un lato della molecola; tale dipolo induce nelle molecole vicine a sé uno squilibrio di carica elettrica (il cosiddetto dipolo indotto) che genera reciproca attrazione e provoca la condensazione del gas. Questo tipo di legame è noto anche come legame di Van der Waals.
Un caso particolare di legame intermolecolare, che può anche essere intramolecolare quando la geometria della molecola lo consente, è il legame a idrogeno.
Un atomo di idrogeno legato ad un atomo di ossigeno (o di fluoro), a causa della sua polarizzazione positiva e delle sue ridotte dimensioni, attrae con un'intensità relativamente elevata gli atomi di ossigeno (e di fluoro e, in misura minore, di azoto) vicini.
Tale legame, benché debole, è responsabile della conformazione spaziale delle proteine e degli acidi nucleici, conformazione da cui dipende l'attività biologica dei composti stessi.