Il legame ionico e il legame covalente sono tra i più importanti tipi di interazioni tra atomi che portano alla formazione di cristalli ionici o molecole
Il legame covalente è dovuto alla condivisione di elettroni di legame tra due atomi tra i quali non vi è un’alta differenza di elettronegatività e per rompere tale tipo di legame sono necessarie energie relativamente alte ( 50-200 kcal/mol). Se tra due atomi vi è un’elevata differenza di elettronegatività ( ~ 2) come nel caso del sodio e cloro l’atomo più elettronegativo riesce a strappare l’elettrone all’altro atomo con formazione di un catione e di un anione. Il legame, detto ionico, è dovuto all’attrazione elettrostatica tra particelle cariche di segno opposto.
Legame ionico
Tale legame si stabilisce quindi fra almeno due atomi di elementi mediante trasferimento di elettroni, nel senso che un atomo di un elemento cede uno o più elettroni di valenza ad un altro atomo di una elemento diverso che li acquista. L’atomo che perde elettroni diventa ione positivo mentre quello che li acquista diventa ione negativo assumendo entrambi la configurazione esterna di un gas nobile.
Ad esempio la formazione del composto ionico cloruro di sodio avviene perché il Sodio (Z=11) avente configurazione elettronica 1s2, 2s2, 2p6, 3s1 perdendo l’unico elettrone di valenza, quello sull’orbitale atomico 3s diventa uno ione positivo Na+ la cui configurazione elettronica esterna è di tipo otteziale (s2 p6) come quella di un gas nobile, mentre l’atomo di cloro (Z=17) 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5 acquistando un elettrone diventa un anione Cl– la cui configurazione elettronica è anch’essa di tipo otteziale (s2 p6) come quella di un gas nobile.
I due ioni essendo carichi di elettricità di segno contrario, si attraggono reciprocamente con una forza di natura elettrostatica regolata dalla legge di Coulomb. Il legame ionico si forma prevalentemente fra gli elementi metallici, classificati nel 1° e 2° gruppo del sistema periodico, oltre ai metalli di transizione che, avendo una bassa energia di ionizzazione cedono facilmente gli elettroni di valenza, e gli elementi classificati nel 16° e 17° gruppo del sistema periodico, i quali avendo elevata affinità elettronica, tendono ad assumere facilmente gli elettroni che vengono loro ceduti.
Legame covalente
Gli atomi possono legarsi tra loro compartecipando mutuamente gli elettroni di valenza, invece di trasferirli dall’uno all’altro come nel caso del legame ionico. Il legame chimico che in questo modo si stabilisce tra gli atomi, viene detto legame covalente e nelle ordinarie condizioni ambientali porta alla formazione o di singole molecole indipendenti allo stato gassoso, le quali sono formate dall’unione di un numero discreto di atomi uguali o diversi (ad esempio H2, O2, H2O, NH3) oppure porta alla formazione di solidi cristallini denominati solidi covalenti come il diamante e la grafite.
Poiché il passaggio da legame ionico a legame covalente non avviene in modo netto ma progressivamente, in quasi tutte le molecole nelle quali gli atomi sono legati con legame covalente esiste sempre una certa percentuale di carattere ionico. Il caso più semplice è quello che porta alla formazione di una molecola di idrogeno a partire da due atomi isolati di questo elemento.
Infatti, ogni atomo di idrogeno (Z=1) la cui formula elettronica di Lewis è la seguente H. tende ad assumere la configurazione del gas nobile elio (Z=2) e pertanto necessita di un solo elettrone che però non può essergli ceduto da un altro atomo, il quale ovviamente manifesta la stessa esigenza; se però due atomi isolati di idrogeno si avvicinano l’uno all’altro, e poi si legano in modo che ognuno di essi condivide con l’altro il proprio elettrone di valenza, tutti e due assumono la configurazione elettronica esterna dell’elio e si forma la molecola biatomica dell’idrogeno H . . H. Nel legame covalente che così si forma, i due elettroni di valenza coinvolti non appartengono né all’uno né all’altro atomo, ma appartengono contemporaneamente a tutti e due gli atomi.
E’ di uso comune assegnare ad ogni atomo, legato ad altri atomi con uno o più legami covalenti la cosiddetta valenza covalente che rappresenta il numero di legami covalenti che l’atomo considerato ha stabilito con gli altri atomi costituenti la molecola stessa.
A causa della diversa natura del legame le molecole esibiscono diverse proprietà macroscopiche che vengono così schematizzate
Tabella:
| Legame ionico | Legame covalente | |
| Definizione | Legame tra due atomi con elevata differenza di elettronegatività dovuto all’attrazione elettrostatica di uno ione positivo e uno ione negativo | Legame tra due atomi con bassa differenza di elettronegatività dovuto alla condivisione di elettroni di legame |
| Atomi coinvolti | Metallo e non metallo | Due non metalli |
| Polarità | Elevata | Bassa |
| Forma della molecola | Struttura di tipo cristallino | Struttura definita |
| Conducibilità termica | Alta | Bassa |
| Conducibilità elettrica | Alta se allo stato fuso o in soluzione acquosa | Nessuna |
| Temperatura di fusione | Varia ma è abitualmente più alta rispetto ai composti covalenti | Varia ma è abitualmente più bassa rispetto ai composti ionici |
| Temperatura di ebollizione | Alta | Varia ma è abitualmente più bassa rispetto ai composti ionici |
| Solubilità in acqua | Alta | Varia ma è abitualmente più bassa rispetto ai composti ionici |
| Stato di aggregazione | Abitualmente solido | Solido, liquido, gassoso |
Inoltre le molecole formate da legami covalenti sono stabili ma non risentono di una forte attrazione nei confronti di molecole uguali che le circondano. Viceversa gli ioni che costituiscono specie ioniche mostrano una forte attrazione nei confronti di ioni circostanti di carica opposta. Tali caratteristiche determinano un basso punto di fusione nei solidi covalenti contrapposto a un elevato punto di fusione nei solidi ionici.
Ad esempio il tetracloruro di carbonio CCl4 , molecola covalente apolare ha un punto di fusione di – 23°C mentre il solido ionico NaCl ha un punto di fusione di 800°C.