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Le basi chimiche della vita

I legami chimici

Si è osservato che gli atomi con otto elettroni nel livello più esterno, o ottetto elettronico, sono estremamente stabili e manifestano quindi una scarsa tendenza a partecipare a reazioni chimiche. Questa configurazione corrisponde a quella dei gas nobili della tavola periodica, che infatti hanno scarsissima tendenza a combinarsi con altri elementi. Gli atomi degli altri elementi che non hanno questa configurazione tendono a "stabilizzarsi", cioè a conseguire la configurazione elettronica più stabile dell'ottetto, uguale a quella del gas nobile più vicino nella tavola periodica; tendono quindi ad acquistare, perdere o mettere in comune gli elettroni del livello esterno interagendo con altri atomi e formando con questi legami chimici.

Il legame chimico è la forza attrattiva che si stabilisce tra due o più atomi, uguali o diversi, che consente loro di unirsi formando molecole o aggregati cristallini.

La valenza di un elemento è il numero di legami che può formare scambiando o compartecipando gli elettroni dello strato più esterno (elettroni di valenza).

Il tipo di legame che si viene a stabilire tra atomi dipende sostanzialmente dalla elettronegatività degli atomi, cioè dalla misura della loro capacità di attrarre gli elettroni di legame.

I due tipi fondamentali di legame chimico sono il legame ionico e il legame covalente.

Il legame ionico si forma tra gli atomi di due elementi differenti tra i quali è avvenuto uno scambio di elettroni: un atomo cede uno o più elettroni e diventa uno ione positivo, l'altro acquista elettroni e diventa uno ione negativo. Il legame ionico è un'attrazione di natura elettrostatica che si stabilisce tra i due ioni di carica opposta.

Il legame ionico si forma tra elementi che presentano valori molto diversi di elettronegatività. I composti caratterizzati da legami ionici hanno struttura cristallina (tipica dei sali, quali il cloruro di sodio).

Il legame covalente si forma tra atomi di uno stesso elemento o di elementi differenti che mettono in comune uno o più coppie di elettroni: queste entrano così a far parte delle nubi elettroniche di entrambi gli atomi. A seconda del numero di coppie di elettroni condivise, si formano legami covalenti singoli (come nella molecola di idrogeno H ­ H), doppi (come nella molecola di ossigeno O = O) o tripli (come nella molecola di azoto N * N).

Il legame covalente che si stabilisce tra atomi dello stesso elemento è detto legame covalente puro od omopolare.

Il legame covalente che si stabilisce tra atomi di elementi differenti è detto legame covalente polare. Infatti, a causa della differenza di elettronegatività, gli elettroni di legame sono più attratti dall'atomo più elettronegativo, che acquista una frazione di carica elettrica negativa, mentre l'atomo meno elettronegativo acquista una frazione di carica elettrica positiva. Le molecole risultanti, pur essendo elettricamente neutre nel loro insieme, sono sede di una polarità elettrica. Le molecole polari si comportano come un dipolo elettrico, cioè un corpo che possiede una frazione di cariche elettriche di segno opposto concentrate alle estremità, per cui si riconoscono un "polo positivo" e un "polo negativo". Una tipica molecola polare è la molecola dell'acqua.

  •   Legami deboli

Tra le molecole si esercitano forze attrattive che, pur non avendo la stessa intensità dei legami chimici, rivestono molta importanza perché da esse dipende la possibilità che le molecole si aggreghino formando sostanze liquide e solide. Queste interazioni tra molecole o forze intermolecolari sono dette legami deboli e sono genericamente indicate come forze di Van der Waals.

Esse comprendono i legami dipolo-dipolo, che si stabiliscono tra molecole polari: tali legami derivano dalle attrazioni che si creano tra le estremità aventi carica opposta della molecola.

Un particolare tipo di interazione dipolo-dipolo è il legame a idrogeno, che riveste molta importanza perché si manifesta tra le molecole d'acqua (v. fig. 1.2). Queste ultime, infatti, hanno una frazione di carica negativa localizzata sull'atomo di ossigeno e una frazione di carica positiva localizzata sui due atomi di idrogeno. Le forze attrattive che si manifestano tra le polarità di segno opposto delle varie molecole sono all'origine del legame a idrogeno, come quello del fluoruro di idrogeno HF, dell'acqua H2O, dell'ammoniaca NH3.

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Figura 1.2

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