LEGATURI CHIMICE
1.Definitie
Legatura chimica se defineste ca o asociere, o interactiune ce se manifesta intre atomi identici sau diferiti, care duce la aparitia de molecule sau compusi ionici ca urmare a unei reactii chimice. Proprietatile speciale ca urmare a unei coeziuni deosebite a structurii metalelor se datoreaza legaturilor chimice de tip metalic.
Din cele 90 de elemente naturale, putine sunt cunoscute in natura, in conditii obisnuite, sub forma de atomi liberi (gazele rare). Marea majoritate a elementelor se gasesc sub forma de combinatii simple sau compuse in care atomii sunt legati intre ei. Deci atomii elementelor chimice in conditii obisnuite nu sunt stabili in stare libera, ei se stabilizeaza prin interactiune cu alti atomi, se leaga unii cu altii formind molecule sau cristale. Atomii interactioneaza prin intermediul invelisului electronic exterior, realizindu-se astfel legaturi intre ei ca urmare a modificarii structurii electronice exterioare. Structura electronica cea mai stabila este structura gazelor rare (configuratia electronica exterioara de gaz inert, configuratie de octet). Instabilitatea configuratiei electronice a atomilor liberi se manifesta prin tendinta de a realiza configuratia stabila de gaz inert. Aceasta se poate realiza numai prin invelisurile electronice exterioare ale altor atomi, prin cedare, acceptare sau punere in comun de electroni.
2.Clasificarea legaturilor chimice
Exista patru moduri principale, distincte, prin care se unesc atomii sau ionii intre ei, care corespund urmatoarelor tipuri de legaturi chimice:
-legatura ionica (legatura heteropolara, electrovalenta sau pereche de ioni) se realizeaza datorita atractiei electrostatice intre ionii de semn contrar, care in corpurile solide formeaza retele cristaline. Atomii isi realizeaza structura stabila prin acceptare sau cedare de electroni si deci cu formarea ionilor negativi sau pozitivi care se atrag reciproc. De exemplu, in clorura de sodiu, atomul de sodiu electropozitiv este donor si cedeaza un electron clorului electronegativ care este acceptor; ambii atomi isi realizeaza structura stabila de octet a gazului rar mai apropiat de ei.
Na + Cl = Na+ Cl-
Combinatiie ionice nu formeaza molecule ci perechi de ioni care in retelele cristaline solide tridimensionale sunt dispusi alternativ, numarul ionilor care inconjoara un ion cu sarcina opusa se numeste numar de coordinare. Ionii si legaturile ionice din cristale se pastreaza atat in urma dizolvarii (solvatarii) in apa sau in alte medii cat si prin lichefiere (topirea cristalelor). Atat solutiile cat si topiturile conduc curentul electric si de aceea aceste substante se numesc electroliti de ordinul II.
Aceasta legatura este caracteristica substantelor anorganice dar poate sa apara uneori si in unele substante organice ca de exemplu sarurile acizilor carboxilici, compusi organo-metalici, complecsi organici.
-legatura covalenta (legatura homeopolara sau covalenta) se formeaza prin punerea in comun a electronilor de valenta necuplati care provin de la atomi identici sau diferiti.
In cazul atomilor identici legatura care se formeaza este covalenta nepolara deoarece perechea de electroni comuni se gaseste la mijlocul distantei dintre cele 2 nuclee. De exemplu formarea moleculelor biatomice homonucleare ale gazelor H2, N2, O2, Cl2.
In cazul atomilor diferiti perechea de electroni care formeaza covalenta este deplasata spre atomul mai electronegativ si legatura este denumita polara. De exemplu formarea moleculelor heteronucleare: HCl, H2O, CH3-OH, C6H5-OH.
Aceasta legatura este caracteristica compusilor organici si se simbolizeaza prin liniute care reprezinta cei doi electroni cuplati.
In prezent se considera ca formarea legaturii covalente se datoreaza interactiunii norilor electronici exteriori (fie prin intrepatrunderea orbitalilor atomici fara deformarea lor cu cuplarea de spin a electronilor impari, fie prin contopirea si deformarea orbitalilor atomici cu formarea celor moleculari care cuprind intreaga molecula) din care rezulta o redistribuire a electronilor si o scadere a energiilor, in speta a energiilor electronilor ce formeaza legatura. Explicarea formarii covalentelor se face prin hibridizare adica contopirea sau transformarea orbitalilor atomici de energii diferite dar apropiate cu formarea de orbitali noi hibrizi, de forma si energie diferita fata de cei initiali.
-legatura coordinativa (legatura dativa) constituie un caz particular de legatura covalenta care consta in punerea in comun a unei perechi de electroni neparticipanti, care provin de la un singur atom. Atomul sau ionul care cedeaza dubletul de electroni se numeste donor iar atomul sau ionul care primeste electronii donorului se numeste acceptor. Acceptorul trebuie sa aiba cel putin un orbital vacant pe care-l pune la dispozitia donorului, care are cel putin o pereche de electroni liberi neparticipanti care se deplaseaza spre acceptor.
Aceasta legatura se intalneste in compusii amoniacului, aminelor alcoolilor, eterilor care pot forma si combinatii complexe. De exemplu clorura de amoniu NH4+Cl-, ionul hidroniu H3O+, clorura de trimetilamoniu (CH3)3NH+Cl-, etc.
-legatura metalica este o legatura chimica specifica metalelor in care electronii mai slabi legati de nucleele metalului (gaz electronic) difuzeaza prin reteaua cristalina a metalului si interactioneaza cu ionii pozitivi din nodurile acesteia. Electronii de pe stratul de valenta au la dispozitie mai multi orbitali, cu energii apropiate care se intrepatrund, determinand aparitia de zone extinse in intreg cristalul. Totalitatea acestor nivele de energie alcatuiesc banda de valenta, banda care este mai larga determinand coeziunea atomilor in cristal.
Aceasta legatura confera proprietati specifice metalelor cum ar fi: conductibilitate mare electrica si termica, luciu metalic, opacitate, rezistenta mecanica mare, maleabilitate, ductilitate, capacitate de cristalizare, etc. Se manifesta in stare solida si lichida, dar dispare in stare de vapori.
In afara acestor legaturi foarte puternice mentionate mai sus, intre molecule, atomi sau ioni, se realizeaza si alte tipuri de legaturi mai slabe inter- sau intramoleculare. Forta caracteristica starii lichide si solide care mentine aglomerarea moleculelor poarta denumirea de coeziune intermoleculara care este de natura electrostatica si se realizeaza prin intermediul acestor legaturi secundare, care pot fi:
-legaturi prin forte van der Waals se manifesta intre moleculele ce apartin gazelor lichefiate, solventilor neutri (hexan, bezen, tetraclorura de carbon), cristalelor formate din retele moleculare.Ele influenteaza unele proprietati ale substantelor ca: volatilitatea, solubilitatea, miscibilitatea, plasticitatea, clivajul, tensiunea superficiala, atractia dintre moleculele gazelor, condensarea, coagularea, atractia moleculelor din retelele moleculare, etc.
Fortele van der Waals pot fi de 3 tipuri:
-de orientare (se manifesta intre molecule polare numite forte dipol-dipol sau intre ioni si molecule polare numite forte ion-dipol care intervin in procesul de solvatare a ionilor);
-de inductie (apar intre moleculele polare si nepolare prin inducerea unui dipol instantaneu in moleculele nepolare cu manifestarea ulterioara a unor forte electrostatice intre dipolii permanenti si cei indusi )
-de dispersie London (apar intre moleculele nepolare prin polarizarea temporara a moleculelor sau atomilor datorita oscilatiilor lor continue, dipolii temporari rezultati se atrag reciproc, aceste forte fiind aditive insumeaza actiunile tuturor atomilor constituenti ai moleculelor).
-legaturi prin punti atomice determina aparitia de asociatii moleculare cu conditia ca atomii ce constituie puntea sa aiba volum mic si putini electroni.Asociatiile moleculare se pot stabili prin:
-punti de hidrogen (apar intre micro/macromolecule identice sau diferite prin atractii electrostatice intre atomii electronegativi si atomul de hidrogen apartinand unei molecule vecine, legat covalent tot de un element electronegativ. De exemplu: asociatii moleculare in apa, alcooli, fenoli, unii acizi organici si anorganici, amide, polimeri naturali sau sintetici).
F-H….F-H….F-H….F-H
-punti de litiu (locul hidrogenului poate fi luat de un alt element electropozitiv cu volum mic, de ex. litiu in florura sau clorura de litiu).
Li-F…. Li-F….Li-F….Li-F
Desi au o energie mica, puntile atomice prin faptul ca sunt numeroase modifica proprietatile fizice ale substantelor in care apar, ca de ex.: punctul de fierbere, punctul de topire, caldura de vaporizare, densitatea. Aceste substante pot fi considerate ca avand o structura similara polimerilor realizata prin forte secundare si nu prin covalente ca la polimeri.
