Le teorie del legame chimico furono pioniere del chimico americano Gilbert N. Lewis. Sviluppò un modello chiamato modello di Lewis per spiegare il tipo e la formazione di legami diversi. Il legame chimico è centrale per la chimica; spiega come atomi o ioni si legano insieme per formare molecole. Spiega perché alcuni legami sono forti e altri sono deboli, o perché un carbonio si lega con due ossigeno e non tre; perché l’acqua è H2O e non H4O.
Gli ioni sono atomi o molecole che portano una carica elettrica. Un catione (uno ione positivo) si forma quando un atomo neutro perde uno o più elettroni dal suo guscio di valenza, e un anione (uno ione negativo) si forma quando un atomo neutro guadagna uno o più elettroni nel suo guscio di valenza. I composti composti da ioni sono chiamati composti ionici (o sali), e i loro ioni costituenti sono tenuti insieme da legami ionici: forze elettrostatiche di attrazione tra formazioni e anioni caricati in modo opposto.
Le proprietà dei composti ionici fanno luce sulla natura dei legami ionici. I solidi ionici mostrano una struttura cristallina e tendono ad essere rigidi e fragili; tendono anche ad avere alti punti di fusione e ebollizione, il che suggerisce che i legami ionici sono molto forti. I solidi ionici sono anche poveri conduttori di elettricità per lo stesso motivo: la forza dei legami ionici impedisce agli ioni di muoversi liberamente allo stato solido. La maggior parte dei solidi ionici, tuttavia, si dissolve prontamente in acqua. Una volta sciolti o fusi, i composti ionici sono eccellenti conduttori di elettricità e calore perché gli ioni possono muoversi liberamente.
Gli atomi non metallici formano spesso legami covalenti con altri atomi non metallici. I legami covalenti si formano quando gli elettroni sono condivisi tra gli atomi e sono attratti dai nuclei di entrambi gli atomi. Se gli atomi che formano un legame covalente sono identici, come in H2, Cl 2 e altre molecole biatomiche,alloragli elettroni nel legame devono essere condivisi equamente. Questo è indicato come un legame covalente puro. Quando gli atomi collegati da un legame covalente sono diversi, gli elettroni leganti sono condivisi, ma non più equamente. Invece, gli elettroni leganti sono più attratti da un atomo rispetto all’altro, dando origine a uno spostamento della densità elettronica verso quell’atomo. Questa distribuzione ineguale degli elettroni è nota come legame covalente polare.
I composti che contengono legami covalenti presentano proprietà fisiche diverse rispetto ai composti ionici. Poiché l’attrazione tra molecole, che sono elettricamente neutre, è più debole di quella tra ioni caricati elettricamente, i composti covalenti hanno generalmente punti di fusione e di ebollizione molto più bassi rispetto ai composti ionici. Inoltre, mentre i composti ionici sono buoni conduttori di elettricità quando vengono sciolti in acqua, la maggior parte dei composti covalenti sono insolubili in acqua; poiché sono elettricamente neutri, sono poveri conduttori di elettricità in qualsiasi stato.
I legami metallici si formano tra due atomi metallici. Un modello semplificato per descrivere il legame metallico è stato sviluppato da Paul Drüde chiamato “Electron Sea Model”. Basato sulle basse energie di ionizzazione dei metalli, il modello afferma che gli atomi di metallo perdono facilmente i loro elettroni di valenza e diventano formazioni. Questi elettroni di valenza creano una pozza di elettroni delocalizzati che circondano i tazioni sull’intero metallo.
Solidi metallici, come cristalli di rame, alluminio e ferro. sono formati da atomi metallici, e tutti mostrano un’elevata conduttività termica ed elettrica, lucentezza metallica e malleabilità. Molti sono molto duri e abbastanza forti. A causa della loro malleabilità (la capacità di deformarsi sotto pressione o martellamento), non si frantumano e, quindi, rendono utili materiali da costruzione. I punti di fusione dei metalli variano ampiamente. Il mercurio è un liquido a temperatura ambiente e i metalli alcalini si sciolgono al di sotto dei 200 °C. Diversi metalli post-transizione hanno anche bassi punti di fusione, mentre i metalli di transizione si sciolgono a temperature superiori a 1000 °C. Queste differenze riflettono le differenze nella resistenza dell’incollaggio metallico tra i metalli.
Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 7.1: Ionic Bonding, Openstax, Chemistry 2e, Section 7.2: Covalent Bonding, and Openstax, Chemistry 2e, Section 10.5: The Solid State of Matter.
