Lunghezza di legame: determinazione, fattori che la influenzano

La lunghezza di legame, detta anche distanza di legame,  è definita come la distanza tra i centri dei nuclei di due atomi legati tra loro. Essa  è generalmente espressa in angstrom (Å ) o picometri (pm) essendo  1Å = 10^–8 cm e 1 pm = 10^–12 m e corrisponde alla distanza in cui l’energia è minima.

Le lunghezze di legame sono determinate da tecniche di diffrazione dei raggi X o con metodi spettroscopici.

Nel caso di legami covalenti  è determinata dal numero di elettroni di legame e quindi dal numero di legami esistenti tra una coppia di atomi che è detto ordine di legame. Quanto maggiore è l’ordine di legame tanto maggiore è l’attrazione tra i due atomi e quindi tanto più piccola è la lunghezza del legame. Generalmente  tra due atomi è pari circa alla somma tra il raggio atomico dei due atomi:

lunghezza di legame in un composto covalente AB = r_A + r_B
Nel caso di un composto ionico  è data dalla somma dei raggi ionici:
lunghezza di legame in un composto ionico AB = r_A⁺ + r_B^–

Fattori che influenzano la lunghezza di legame

Alcuni fattori tra i quali:

• la risonanza
• l’elettronegatività
•  l’ibridazione 
• gli effetti sterici

che influenzano i raggi atomici, influenzano la lunghezza di legame.

Per molecole diatomiche omonucleari è pari a due volte il raggio atomico.

Tra due atomi che possono formare legami singoli, doppi o tripli legami come accade tipicamente nel carbonio a seconda che sia ibridato rispettivamente sp³, sp² o sp le lunghezze di legame variano.

In particolare  nel caso di un triplo legame è inferiore a quella di un doppio legame che a sua volta è inferiore rispetto a quella di un legame singolo.
In generale essa diminuisce, nel caso di orbitali ibridi all’aumentare della percentuale di carattere s.

Ad esempio, la lunghezza di legame C-H è pari a 1.112 Å quando il carbonio è ibridato sp³ in cui la percentuale di carattere s è del 25% come avviene negli alcani mentre negli alcheni dove il carbonio è ibridatosp² in cui la percentuale di carattere s è del 33.3% tale valore scende a 1.103 Å. Infine nel caso degli alchini in cui il carbonio è ibridato sp in cui la percentuale di carattere s è del 50% la lunghezza di legame è di 1.08 Å.

Nel caso di un legame covalente polare è minore rispetto a quella teorica.

Varia in un ampio intervallo: da 74 pm nel caso di H-H fino a 200 pm nel caso di atomi aventi un raggio atomico grande.

Determinazione

Per ottenere la lunghezza di legame si determina innanzitutto la struttura di Lewis secondo le regole del chimico statunitense Gilbert Lewis e successivamente si ricerca su apposite tabelle il raggio atomico relativo al legame presente tra i due atomi. La lunghezza di legame è data dalla somma di tali valori.

Ad esempio nel caso del legame C-Cl presente in CCl₄ si rileva dalla struttura di Lewis.

Tra il carbonio e ciascuno dei quattro atomi di cloro vi è un legame singolo. Il carbonio, nei legami singoli fa una lunghezza di 75 pm e il cloro di 99 pm. La lunghezza di legame è quindi data all’incirca dalla somma di tali valori ovvero è pari a 174 pm.

Nel caso di CO₂, si scrive la struttura di Lewis e si ha che la molecola è costituita da un doppio legame carbonio- ossigeno O=C=O. Il carbonio nel doppio legame ha una lunghezza di 67 pm mentre l’ossigeno nel doppio legame ha una lunghezza di 57 pm. La lunghezza del legame C=O è quindi di circa 124 pm.