Se sei arrivato nelle tue lezioni di chimica, hai incontrato l'argomento dei legami chimici tra atomi e molecole, e forse hai anche imparato i nomi di alcuni (che sono piuttosto fighi, in fatto). Ma se qualcuno ti chiedesse di dare tre ragioni per la formazione del legame chimico, saresti in grado di aiutare il tuo amico curioso?
Ci sono diversi tipi di legami chimici, come imparerai, ma tutti i legami tra gli atomi si formano allo stesso modo ragione essenziale: l'opportunità per gli atomi coinvolti di completare i loro gusci elettronici più esterni, o valenza conchiglie. Come molti degli esseri viventi che gli atomi compongono, nessun tipo di atomo (e ci sono 118 tipi individuali, chiamati elementi) è nel suo stato più confortevole mentre esiste da solo.
Le basi dell'atomo
Tutti gli atomi ne hanno uno o più protoni,neutroni e elettroni, ad eccezione dell'idrogeno, che consiste in un protone e un elettrone. Il numero di protoni ed elettroni è uguale negli atomi neutri e determina la loro identità individuale, cioè quale elemento è ciascuno di essi.
Poiché i protoni sono caricati positivamente mentre gli elettroni portano una carica negativa pari in grandezza alla carica del protone, l'atomo stesso è neutro, poiché i neutroni, come si addice al loro nome, non hanno carica. D'altra parte, protoni e neutroni sono molto simili in massa e occupano il centro dell'atomo nel nucleo. Gli elettroni sono circa 2.000 volte meno massicci dei già minuscoli protoni e neutroni.
Gli elettroni sono concepiti come svolazzanti a una certa distanza dal nucleo in livelli di energia quantizzati. Essendo ai margini esterni mal definiti degli atomi, sono le particelle subatomiche che partecipano al legame chimico.
La classificazione dei legami chimici
Ci sono tre modi fondamentali (o quattro, a seconda del tuo livello di permissività) in cui gli atomi possono formare un legame chimico; esempi di ciascuno sono forniti di seguito.
Il legame covalente: Uno dei motivi per cui gli atomi formano legami è che sono in grado di condividere gli elettroni con altri atomi per completare i gusci di valenza di entrambi. I gusci di valenza dei due elementi più leggeri, idrogeno ed elio, possono contenere fino a due elettroni; i gusci di valenza della maggior parte degli elementi familiari possono ospitare otto elettroni. Una molecola d'acqua, H2oh, consiste di tre atomi e due identici legami covalenti H–O.
Il legame ionico: Una seconda ragione per cui gli atomi formano legami è che sono in grado di donare elettroni a, o ricevere elettroni da, altri atomi per completare i loro rispettivi gusci di valenza. Questi legami sono solitamente più forti dei legami covalenti a causa della differenza di elettronegatività tra loro (l'impulso fisico per una "donazione" piuttosto che una "condivisione"). NaCl, o cloruro di sodio, è un composto ionico.
Il legame metallico: Una terza ragione per cui gli atomi formano legami è che in alcuni elementi, chiamati metalli, gli elettroni negli atomi nello stesso "vicinato" si allontanano da i loro nuclei e diventano parte di un "mare di elettroni" in cui gli elettroni a più alta energia non sono distintamente associati a nessun genitore nucleo. Ciò si verifica quando il metallo si trova nella sua forma monoatomica, cioè legato solo a se stesso; questo è ciò che si intende per "oro puro" o "platino puro".
Il "legame idrogeno"": Gli atomi di idrogeno, che in alcune molecole portano una leggera carica positiva, possono formare forti attrazioni elettrostatiche ad atomi carichi negativamente su adiacente molecole. Ciò si verifica in liquidi come l'acqua, dove questi legami rappresentano il punto di ebollizione insolitamente alto dell'acqua tra i liquidi leggeri a temperatura ambiente.
Perché gli atomi "vogliono" gusci di valenza completa?
In breve, gli atomi sono più "comodi", o stabilizzati, dal punto di vista dell'energia pura quando i loro gusci di valenza sono completi. Sebbene l'analogia sia imperfetta, immagina un masso tenuto in cima a una montagna da un terreno instabile.
Mentre il masso può esistere fisicamente in questo stato mentre è debitamente supportato da terra e rocce, se avesse la sua "via", la gravità tirerebbe la roccia verso l'elevazione più bassa disponibile per portare la sua energia potenziale al minimo valore.