Legame chimico - concetto e classificazione

Qualsiasi interazione tra gli atomi è possibile solo se c'è un legame chimico. Un tale legame è la causa della formazione di un sistema poliatomico stabile: uno ione molecolare, una molecola, reticolo cristallino. Un forte legame chimico richiede molta energia per rompere, quindi è una quantità base per misurare la forza di legame.

Condizioni di legame chimico

La formazione di un legame chimico è sempre accompagnata dal rilascio di energia. Questo processo si verifica a causa della riduzione dell'energia potenziale del sistema di particelle interagenti - molecole, ioni, atomi. Energia potenziale il sistema risultante di elementi interagenti è sempre inferiore all'energia delle particelle in uscita non legate. Pertanto, la base per l'emergere di un legame chimico nel sistema è una diminuzione dell'energia potenziale dei suoi elementi.

Natura dell'interazione chimica

Il legame chimico è una conseguenza dell'interazione di campi elettromagnetici che si generano intorno agli elettroni e ai nuclei atomici di quelle sostanze che prendono parte alla formazione di una nuova molecola o cristallo. Dopo la scoperta della teoria della struttura dell'atomo, la natura di questa interazione divenne più accessibile per lo studio.

Per la prima volta, l'idea della natura elettrica del legame chimico sorse nel fisico inglese G. Devi, che suggerì che le molecole si formassero a causa dell'attrazione elettrica di particelle cariche opposte. Questa idea interessava il chimico e naturalista svedese I.Ya. Berzelius, che ha sviluppato una teoria elettrochimica del legame chimico.

La prima teoria, che spiegava i processi di interazione chimica delle sostanze, era imperfetta e con il tempo dovette essere abbandonata.

Teoria di Butlerov

Un tentativo più riuscito di spiegare la natura del legame chimico delle sostanze è stato intrapreso dallo scienziato russo A.M.Butlerov. Alla base della sua teoria, questo scienziato ha posto tali presupposti:

• Gli atomi nello stato connesso sono collegati tra loro in un ordine specifico. Il cambiamento in questo ordine è la causa della formazione di una nuova sostanza.
• Gli atomi sono vincolati dalle leggi della valenza.
• Le proprietà di una sostanza dipendono dall'ordine degli atomi composti nella molecola della sostanza. Un diverso ordine di posizione causa un cambiamento nelle proprietà chimiche di una sostanza.
• Gli atomi collegati tra loro si influenzano reciprocamente più fortemente.

La teoria di Butlerov spiegava le proprietà delle sostanze chimiche non solo dalla loro composizione, ma anche dalla disposizione degli atomi. Un tale ordine interno di A.M. Butlerov chiamava la "struttura chimica".

La teoria dello scienziato russo ha permesso di mettere le cose in ordine nella classificazione delle sostanze e ha fornito l'opportunità di determinare la struttura delle molecole in base alle loro proprietà chimiche. La teoria ha anche risposto alla domanda: perché le molecole contenenti lo stesso numero di atomi hanno proprietà chimiche diverse?

Prerequisiti per la creazione di teorie sui legami chimici

Nella sua teoria della struttura chimica, Butlerov non ha toccato la questione di cosa sia un legame chimico. Per questo, c'erano troppi dati sulla struttura interna della sostanza. Solo dopo l'apertura modello planetario dell'atomo Lo scienziato americano Lewis ha iniziato a sviluppare un'ipotesi secondo cui un legame chimico si verifica attraverso la formazione di una coppia di elettroni, che contemporaneamente appartiene a due atomi. Successivamente, questa idea divenne il fondamento per lo sviluppo della teoria dei legami covalenti.

Legame chimico covalente

Si può formare un composto chimico stabile quando le nubi di elettroni di due atomi vicini si sovrappongono. Il risultato di questa intersezione reciproca è la crescente densità elettronica nello spazio internucleare. I nuclei degli atomi, come è noto, sono caricati positivamente, e quindi cercano di avvicinarsi il più possibile alla nube di elettroni caricati negativamente. Questa attrazione è molto più forte della forza repulsiva tra due nuclei carichi positivamente, quindi questa relazione è stabile.

Per la prima volta, i calcoli del legame chimico sono stati eseguiti dai chimici Geytler e Londra. Hanno considerato la relazione tra due atomi di idrogeno. La rappresentazione visiva più semplice di esso può assomigliare a questo:

Come si può vedere, la coppia di elettroni occupa un posto quantico in entrambi gli atomi di idrogeno. Questo posizionamento a due centri di elettroni è chiamato legame chimico covalente. Legame covalente tipico per molecole di sostanze semplici e loro composti di non metalli. Le sostanze create come risultato del legame covalente di solito non conducono corrente elettrica o sono semiconduttori.

Legame ionico

Un legame chimico di tipo ionico sorge nel caso di reciproca attrazione elettrica di due ioni opposti. Gli ioni possono essere semplici, costituiti da un atomo di una sostanza. In composti di questo tipo, gli ioni semplici sono gli atomi di metallo con carica positiva più spesso dei gruppi 1, 2 che hanno perso il loro elettrone. La formazione di ioni negativi è inerente agli atomi di non metalli tipici e alle basi dei loro acidi. Pertanto, tra i tipici composti ionici ci sono molti alogenuri metalli alcalini per esempio CsF, NaCl e altri.

A differenza di un legame covalente, uno ione non è saturo: un diverso numero di ioni con carica opposta può unirsi a uno ione oa un gruppo di ioni. Il numero di particelle attaccate è limitato solo dalle dimensioni lineari degli ioni interagenti, nonché dalla condizione in cui le forze attrattive degli ioni caricati opposti devono essere maggiori delle forze repulsive di particelle ugualmente cariche che partecipano a un composto ionico.

Legame idrogeno

Anche prima della creazione della teoria della struttura chimica, è stato sperimentalmente osservato che i composti dell'idrogeno con vari non-metalli possiedono proprietà alquanto insolite. Ad esempio, il punto di ebollizione di acido fluoridrico e acqua è molto più alto del previsto.

Queste e altre caratteristiche dei composti dell'idrogeno possono essere spiegate dalla capacità dell'atomo H ⁺ di formare un altro legame chimico. Questo tipo di composto è chiamato "legame idrogeno". Le cause del legame idrogeno sono radicate nelle proprietà delle forze elettrostatiche. Per esempio, in una molecola di acido fluoridrico, la nube di elettroni comune è così spostata verso il fluoro, che lo spazio attorno all'atomo di questa sostanza è saturo di un campo elettrico negativo. Attorno all'atomo di idrogeno, privo del suo unico elettrone, il campo è molto più debole e ha una carica positiva. Di conseguenza, tra i campi positivi delle nubi di elettroni H ⁺ e F ^{- si} genera una relazione aggiuntiva.

Legame chimico dei metalli

Gli atomi di tutti i metalli si trovano nello spazio in un certo modo. La disposizione degli atomi di metallo è chiamata reticolo cristallino. In questo caso, gli elettroni di diversi atomi interagiscono debolmente tra loro, formando una nube di elettroni comune. Questo tipo di interazione tra atomi ed elettroni è chiamato "legame metallico". È il libero movimento degli elettroni nei metalli che può spiegare le proprietà fisiche delle sostanze metalliche: conduttività elettrica, conducibilità termica, resistenza, fusibilità e altro.