Elettronegatività, energia di ionizzazione e legami

Elettronegatività ed energia di ionizzazione

Come si è visto nelle lezioni precedenti, ogni atomo ha una sua configurazione elettronica, data dal numero degli elettroni che si trovano nel guscio esterno e della disposizione di questi nei vari orbitali. La tendenza di ogni specie è quella di completare il guscio più esterno che possiede (o di liberarsene del tutto cedendo gli elettroni che contiene), in modo da avere anche l’ultimo guscio completo ed avere così la configurazione elettronica -e la stabilità- del gas nobile più vicino. Due parametri sono usati per dare un’idea di quanto un atomo tende ad attrarre a sé o ad allontanare gli elettroni: rispettivamente l’elettronegatività e l’energia di ionizzazione.

Per raggiungere una conformazione più stabile gli atomi formano legami tra di loro, cioè condividono gli elettroni che posseggono nel guscio più esterno in modo da raggiungere il cosiddetto “ottetto”, cioè la configurazione elettronica del gas nobile più vicino (detta “ottetto” in quanto sono otto gli elettroni complessivi degli orbitali s e p). Ogni atomo, in base a una serie di fattori, tende in modo più o meno marcato ad attrarre verso il proprio nucleo gli elettroni di legame: questa tendenza è detta elettronegatività.

L’elettronegatività aumenta andando avanti nel periodo e diminuisce andando avanti con i gruppi. Dunque, gli elementi più elettronegativi sono quelli in alto a destra nella tavola periodica. Il motivo di questo è piuttosto logico: più un elemento è vicino alla configurazione del gas nobile successivo, più tenderà a prendere a sé gli elettroni che gli servono, e quando ne ha complessivamente pochi (come gli elementi dei primi gruppi) questa tendenza è più marcata. Nella tabella seguente i valori di elettronegatività di alcune delle specie più comuni:

Se un elemento, come ad esempio il sodio, ha solo un elettrone nel guscio esterno, avrà molta più facilità per raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile nel cedere quel solo elettrone che possiede (e raggiungendo quindi il gas nobile precedente) piuttosto che acquistandone altri sette. L’energia necessaria per togliere a un elemento un elettrone è detta energia di prima ionizzazione. Più è bassa, più facilmente l’elemento cederà il suo elettrone più esterno. Analogamente esistono le energie di seconda, terza, ecc. ionizzazione, che indicano ovviamente l’energia necessaria per togliere un secondo, un terzo, ecc. elettrone dall’elemento in questione. Nella tabella che segue l’energia di prima ionizzazione di alcune delle specie più comuni:

L’energia di ionizzazione aumenta lungo ogni periodo, fino a culminare con il gas nobile (che è il più refrattario a cedere elettroni, avendo una configurazione molto stabile), e diminuisce via via che si scende in basso con i gruppi:

Legami chimici

Gli elementi chimici risolvono le loro necessità di acquistare o cedere elettroni avvicinandosi tra loro e mettendo in comune gli elettroni del guscio più esterno. Vi sono diversi tipi di legame che si possono formare, in base alla natura degli elementi coinvolti: legami covalenti, ionici e metallici.

Nel legame covalente i due atomi mettono in comune una coppia di elettroni, e quindi, in sostanza, entrambi acquistano un elettrone in più dato che ciascuno di essi è messo a comune tra i due elementi. Un legame covalente avviene tra atomi della stessa specie o di specie diverse quando la differenza di elettronegatività tra loro è bassa (inferiore a 1,7 circa). Il legame covalente ha diverse configurazioni in base alla differenza di elettronegatività tra i due atomi coinvolti. Quando questa è vicina o uguale a 0, si ha un legame covalente apolare (o puro), e la carica negativa è distribuita in modo omogeneo tra i due atomi. Quando la differenza aumenta, si ha il legame covalente polare, dove si forma una certa carica negativa in corrispondenza dell’atomo più elettronegativo e di conseguenza una carica positiva sull’altro. È il caso dell’acqua (H₂O), dove c’è una parziale carica negativa sull’ossigeno e una parziale carica positiva sui due idrogeni. Caso estremo del legame polare è il legame metallico, dove gli atomi si dispongono in un reticolo di ioni positivi avvolti da una nube delocalizzata di elettroni.

Quando nel legame covalente entrambi gli elettroni sono forniti da uno dei due atomi, si parla di legame covalente dativo.

Il legame ionico avviene invece tra elementi che hanno un’elevata differenza di elettronegatività (da 1,7 circa in su). In questo caso non c’è una coppia di elettroni a comune, ma si assiste alla specie più elettronegativa che sottrae l’elettrone a quella meno elettronegativa. Si formano così due ioni, uno con carica positiva (catione) e l’altro con carica negativa (anione). Nel legame ionico non si formano molecole definite, ma reticoli cristallini con anioni e cationi alternati tra loro.