Caratteristiche del legame covalente: polarità
Le caratteristiche del legami covalente dipendono dall’identità degli atomi partecipanti e possono essere individuate nella lunghezza del legame e nella polarità. Le caratteristiche del legame covalente non solo determinano la stabilità e forma delle molecole, ma influenzano anche proprietà macroscopiche come punto di ebollizione, solubilità e reattività chimica.
Comprendere le caratteristiche del legame covalente ovvero lunghezza, energia, polarità e direzionalità del legame è dunque essenziale per lo studio della struttura molecolare e delle trasformazioni chimiche. Il concetto di legame covalente affonda le sue radici nella prima metà del XIX secolo, ma si è sviluppato in modo più compiuto solo con l’avvento della teoria quantistica. Fu Gilbert Newton Lewis nel 1916 a proporre l’idea di atomi che condividono coppie di elettroni per completare il loro ottetto, formulando così la teoria del legame covalente come condivisione di elettroni.
Principali caratteristiche del legame covalente
Lunghezza di legame
Le lunghezze di legame dipendono oltre che dal tipo di atomi anche dal numero di legami presenti. Ad esempio la lunghezza di un legame singolo carbonio-carbonio presente, ad esempio, in un alcano è di circa 1.54 · 10-10 m.
La lunghezza di un doppio legame carbonio-carbonio presente, ad esempio, in un alchene è di circa 1.34 · 10-10 m; la lunghezza di un triplo legame carbonio-carbonio presente, ad esempio, in un alchino è di circa 1.20 · 10-10 m.
La lunghezza di legame è la distanza media tra i nuclei di due atomi legati covalentemente. Essa rappresenta un compromesso tra le forze attrattive (tra i nuclei e gli elettroni condivisi) e le forze repulsive (tra i due nuclei e tra gli elettroni stessi).
La lunghezza di legame dipende da diversi fattori:
Tipo di atomi coinvolti: atomi più grandi danno legami più lunghi;
Numero di legami: all’aumentare del numero di legami (singolo, doppio, triplo), la distanza tra i nuclei si riduce;
Ibridazione degli orbitali: ad esempio, un legame tra due carboni ibridati sp ha una distanza inferiore rispetto a uno tra ibridati sp³
In tabella vengono riportate le lunghezze di legame tra alcuni atomi uniti tra loro da legami singoli, doppi ed eventualmente tripli:
| Legame | Lunghezza di legame (10-10 m) |
| C-C | 1.54 |
| C=C | 1.34 |
| C≡C | 1.20 |
| C-N | 1.47 |
| C=N | 1.28 |
| C≡N | 1.16 |
| C-O | 1.43 |
| C=O | 1.20 |
| C≡O | 1.13 |
| N-N | 1.45 |
| N=N | 1.23 |
| N≡N | 1.10 |
| O-O | 1.45 |
| O=O | 1.21 |
Polarità
Una delle caratteristiche del legame covalente è la polarità. Sebbene il legame covalente sia dovuto a una condivisione di elettroni se gli atomi coinvolti non sono uguali ovvero vi sia un legame covalente puro, gli elettroni di legame non sono equamente condivisi.
Gli atomi che condividono gli elettroni hanno diversa elettronegatività e pertanto gli elettroni di legame si troveranno più vicini all’atomo più elettronegativo.
Il baricentro delle cariche positive non coincide con il baricentro delle cariche negative e l’atomo più elettronegativo acquista una parziale carica negativa δ– mentre quello meno elettronegativo presenta una parziale carica positiva δ+.
La polarità del legame varia a seconda degli atomi implicati infatti se la differenza di elettronegatività tra i due atomi è piccola il grado di polarizzazione è minimo mentre per elevate differenze di elettronegatività, il grado di polarizzazione aumenta fino a che il legame diventa ionico. Quest’ultimo legame, dovuto all’attrazione elettrostatica tra cariche di segno opposto infatti, si verifica quando l’atomo più elettronegativo riesce a strappare l’elettrone di legame a quello meno elettronegativo.
Direzionalità del legame covalente
Un’altra delle caratteristiche del legame covalente è la direzionalità. A differenza del legame ionico, che è non direzionale e si esercita ugualmente in tutte le direzioni intorno allo ione, il legame covalente è fortemente direzionale. Gli orbitali atomici si sovrappongono in una specifica direzione nello spazio, determinando la forma geometrica delle molecole.
Ad esempio:
La molecola di acqua (H₂O) ha un angolo di legame H–O–H di circa 104.5° a causa della disposizione tetraedrica degli orbitali dell’ossigeno;
Il metano (CH₄) presenta una geometria tetraedrica con angoli di 109.5°, coerenti con l’ibridazione sp³ del carbonio.
Questa direzionalità è fondamentale per comprendere la geometria molecolare e le interazioni intermolecolari.
il 16 Gennaio 2020