Definizione di legame covalente

Un legame covalente è un tipo di legame chimico in cui due atomi di elementi uguali o diversi condividono una o più coppie di elettroni di valenza per completare i rispettivi ottetti. Questo tipo di legame è quello che si verifica più frequentemente tra elementi non metallici, ma in alcuni casi coinvolge anche alcuni metalli di transizione e metalloidi.

I legami covalenti sono il tipo di unione chimica o legame che tiene insieme tutti gli atomi che compongono molecole come acqua, anidride carbonica e glucosio, o solidi molecolari come grafite e diamante, solo per citarne alcuni. I legami covalenti sono invece il tipo di legame per eccellenza presente nei composti organici che rendono possibile la vita, in particolare nelle proteine, negli amminoacidi, nei grassi e trigliceridi, nei carboidrati, ecc.

Il concetto di legame covalente è facile da ricordare se consideriamo la parola covalente come formata dalle parole “condivisione” e “valenza”, indicando che questo tipo di legame coinvolge quasi esclusivamente gli elettroni situati negli orbitali del guscio di valenza degli elementi collegati . .

Il legame covalente è il tipo di legame opposto al legame ionico, in cui invece di condividere elettroni, uno degli atomi rimuove gli elettroni dall’altro, il primo acquistando una carica elettrica negativa mentre il secondo rimane caricato positivamente. Queste specie sono chiamate ioni (anioni i primi e cationi i secondi) e sono tenute insieme dall’attrazione elettrostatica che si verifica tra ioni di cariche opposte.

Caratteristiche dei legami covalenti

I legami covalenti hanno diverse caratteristiche che li distinguono nettamente dai legami ionici e metallici. Alcuni di questi sono:

• Si formano principalmente tra elementi non metallici o tra elementi che hanno elettronegatività relativamente simili. Una differenza di elettronegatività uguale o inferiore a 1,7 è stata scelta arbitrariamente per definire un legame come covalente.
• I legami covalenti sono, in media, più deboli dei legami ionici . L’energia richiesta per rompere una mole di un tipico legame covalente è solitamente nell’intervallo da 150 a 400 kJ/mol, mentre per il legame ionico richiede tipicamente tra 600 e 4.000 kJ/mol, anche di più.
• Danno origine a composti molecolari , che generalmente hanno punti di fusione e di ebollizione molto più bassi rispetto ai composti ionici (ad eccezione dei solidi molecolari come grafite e diamante i cui punti di fusione sono molto alti).
• Sono direzionali , il che significa che, negli atomi che formano più legami covalenti, questi sono orientati preferenzialmente in determinate direzioni, dando origine a caratteristiche geometrie molecolari per ogni sostanza molecolare. Ad esempio, nel caso dell’ammoniaca (NH ₃ ), i tre legami covalenti con l’idrogeno sono orientati lungo i bordi di una piramide a base trigonale, mentre nel borano (BH 3 ₎ , i tre legami formano un triangolo equilatero, dando origine a una geometria piana trigonale.
• I legami covalenti sono più corti dei legami ionici . Mentre nella maggior parte dei composti ionici i nuclei sono distanti tra 160 e 370 pm, nel caso dei composti covalenti questa distanza è compresa tra circa 80 e 200 pm per la stragrande maggioranza dei legami covalenti singoli, con solo poche eccezioni che si avvicinano a 260 pm .
• La lunghezza del legame diminuisce con l’ordine del legame , il che significa che, per la stessa coppia di atomi, il legame si accorcia man mano che vengono condivisi più elettroni.

Tipi di legami covalenti

I legami covalenti sono molto comuni e sono anche molto vari, potendo essere classificati secondo diversi criteri. Di seguito sono presentati i criteri più importanti per la classificazione dei legami covalenti e le tipologie di legami inclusi in ciascuno di essi.

Tipi di legami covalenti in base alla differenza di elettronegatività

La differenza di elettronegatività determina quanto equamente gli elettroni vengono condivisi quando si forma un legame covalente. Sulla base di questo criterio, possiamo distinguere due tipi di legami covalenti:

legami covalenti polari

Si formano quando due elementi la cui differenza di elettronegatività è compresa tra 0,4 e 1,7 vengono uniti (questi intervalli sono alquanto arbitrari). In questo tipo di legami gli elettroni non sono ripartiti equamente poiché l’atomo più elettronegativo trattiene la nube elettronica attorno a sé più a lungo di quello meno elettronegativo, il primo acquistando una carica parziale negativa mentre quello meno elettronegativo acquisisce una carica parziale positiva.

Questa separazione di cariche è chiamata dipolo elettrico ed è il motivo per cui questo tipo di legame è chiamato legame polare. La separazione di carica viene misurata attraverso il momento di dipolo del legame. I composti che possiedono legami polari possono o meno essere molecole polari, a seconda che la somma vettoriale di tutti i momenti di dipolo fornisca un momento di dipolo netto risultante.

legami covalenti apolari

Sono i legami covalenti che si formano tra atomi che hanno una differenza di elettronegatività inferiore a 0,4. In questo tipo di legami si presume che non si formi un dipolo, quindi il legame è detto apolare.

Alcune persone riconoscono una sottoclasse di legame covalente non polare che chiamano legame covalente puro, che si verifica quando due atomi esattamente uguali dello stesso elemento sono legati in modo covalente (oltre ad essere lo stesso elemento, entrambi gli atomi devono anche possedere la stessa ibridazione) . Questo è il legame covalente perfetto in cui gli elettroni sono completamente equamente condivisi e possiamo dire con certezza che il momento di dipolo è zero.

Tipi di legami covalenti in base alla sovrapposizione degli orbitali atomici (Teoria del legame di valenza)

La teoria del legame di valenza stabilisce che, affinché si formi il legame covalente, gli orbitali atomici di valenza dei due atomi legati devono sovrapporsi, altrimenti non potranno condividere gli elettroni. Secondo questa teoria, ci sono due modi in cui questi orbitali possono sovrapporsi, dando origine a due tipi di legami covalenti:

Legami σ (sigma).

Il legame sigma è formato dalla sovrapposizione frontale dei lobi orbitali atomici, motivo per cui questo legame si forma lungo la linea che unisce i due nuclei. Due atomi legati possono formare un legame σ tra di loro solo a causa di restrizioni legate agli orientamenti degli orbitali atomici, poiché se un orbitale punta in una direzione, gli altri orbitali nel guscio di valenza devono necessariamente puntare in una direzione diversa.

π (pi) legami

Sono quelli formati dalla sovrapposizione laterale di orbitali atomici, generalmente orbitali atomici puri del tipo po d. Questi legami si formano solo quando due atomi condividono più di una coppia di elettroni, essendo in grado di formare più di un legame pi greco.

Gli elettroni che sono condivisi nei legami pi si trovano sopra e sotto o ai lati della linea che unisce i due nuclei, ma non passano mai attraverso quella linea.

Tipi di legami covalenti in base all’ordine di legame o al numero di coppie di elettroni condivise

Come accennato in precedenza, in un legame covalente, due atomi possono condividere una o più coppie di elettroni. Questo numero di coppie di elettroni condivise è noto come ordine di legame. Sulla base di questo ordine di legame, i legami covalenti possono essere classificati come:

singolo legame covalente

Si verifica quando due atomi condividono solo una coppia di elettroni. I legami covalenti singoli sono sempre legami σ.

doppio legame covalente

È il legame covalente in cui sono condivise due coppie di elettroni. Una delle coppie di elettroni forma un legame σ tra i due nuclei, mentre la seconda coppia forma un legame π. È importante capire che sebbene sia chiamato doppio legame e sia pensato come composto da un legame σ e un legame π, il doppio legame è in realtà un legame singolo.

triplo legame covalente

Si forma quando due atomi condividono tre coppie di elettroni. In questo caso, il legame è formato da un legame σ e due legami π. Tuttavia, questi due legami π formano un cilindro cavo dove i quattro elettroni π si incontrano mentre i due elettroni σ si incontrano nel mezzo.

Altri tipi speciali di legami covalenti

Legami covalenti dativi o coordinati

Nella maggior parte dei legami covalenti, entrambi gli atomi legati contribuiscono con un elettrone a formare ciascuna coppia di elettroni di legame. Tuttavia, esiste un particolare tipo di legame covalente che è abbastanza comune e si forma come conseguenza di una reazione acido-base di Lewis.

In questi casi solo uno dei due atomi contribuisce con la coppia di elettroni a formare il legame covalente. Questo speciale tipo di legame è chiamato legame dativo (per ovvi motivi, poiché solo uno degli atomi dà o contribuisce con gli elettroni necessari per il legame) o coordinato. Questo è il tipo di legame covalente che caratterizza i composti di coordinazione.

Legami covalenti di tre nuclei o tre centri

In alcune molecole speciali si possono formare legami covalenti in cui la stessa coppia di elettroni è condivisa tra più di due atomi. Tale è il caso dei cationi allilici in cui un doppio legame covalente è coniugato con un carbocatione vicinale, formando un legame π che racchiude tutti e tre gli atomi consentendo ai due elettroni π di muoversi liberamente da un’estremità all’altra del legame. Questo si chiama trasferimento.

Esempi di legami covalenti comuni

Alcuni esempi di legami covalenti sono:

• C–H
• C–C
• C–N
• N–N
• N=N
• C=N
• CO
• C=O
• O = O
• OH
• Fratello–Fratello
• C–F
• C ≡ C
• N ≡ N
• C ≡ N

Riferimenti

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