elementom. Gli elementi con lo strato più esterno completo di elettroni - detti “gas nobili” - sono caratterizzati da una grande stabilità e da una scarsa tendenza a combinarsi con gli altri elementi. Tutti gli elementi tendono a trasformarsi fino ad assumere la configurazione elettronica del gas nobile a loro più simile. Le energie degli orbitali aumentano a partire dall’orbitale 1s, che è quello a minima energia, secondo la sequenza: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s, e così via. Attraverso questo schema distributivo fisso è così possibile prevedere la disposizione degli elettroni in qualsiasi atomo. Tavola periodica degli elementi. La conoscenza della struttura elettronica degli atomi permette di disporre gli elementi, secondo il numero atomico crescente, in una tabella detta “tavola periodica degli elementi”, ove è possibile individuare le loro proprietà chimiche e fisiche sulla base della struttura elettronica esterna degli elementi stessi (Tab. 7-1). Gli elementi sono disposti in righe orizzontali, definite “periodi”, perché alcune delle loro proprietà chimico-fisiche variano periodicamente lungo tali righe orizzontali. Ne risulta che gli elementi che sono disposti lungo le 18 righe verticali, dette “gruppi”, costituiscono famiglie di elementi con proprietà simili. L’analogia delle proprietà chimiche è dovuta alla analogia della configurazione elettronica dei sottolivelli più esterni degli atomi. Ogni periodo corrisponde al riempimento completo di uno strato, per cui si passa, procedendo verso destra, da elementi con pochi elettroni nello strato più esterno - I e II gruppo - fino ad elementi a cui mancano pochi elettroni per raggiungere la “configurazione otteziale”n, arrivando, infine, ai gas nobili del gruppo 18, in cui l’ottetto è completo. La formazione di un legame chimico porta gli elementi a raggiungere la configurazione otteziale stabile dei gas nobili. Ogni casella del sistema periodico corrisponde ad un elemento. Nella casella, sopra al simbolo dell’elemento, si indica il numero atomico e, sotto il simbolo, il peso atomico dell’elemento. Gli elementi del sistema periodico vengono quindi divisi in 4 classi: “gas nobili”, “metalli”, “semimetalli” e “non metalli”.  Gas nobili. Questi atomi hanno il livello energetico più esterno occupato da otto elettroni, ad eccezione dell’elio il cui livello esterno può contenere solo due elettroni. A questa configurazione elettronica esterna corrisponde una particolare stabilità e una notevole inerzia chimica.  Metalli. Questi atomi hanno pochi elettroni nello strato esterno, che tendono a perdere per raggiungere la struttura elettronica esterna del gas nobile che li precede, dando ioni positivi; sono malleabili, duttili, hanno elevata conducibilità termica ed elettrica. Sono generalmente solidi a temperatura ambiente.  Semimetalli. Questi atomi costituiscono elementi di passaggio tra metalli e non metalli ed hanno, quindi, caratteristiche intermedie.  Non metalli. Questi atomi mancano di pochi elettroni per completare lo strato più esterno, tendono a dare ioni negativi. Possono essere solidi a m Ad esempio il fluoro (9F) sistemerà due elettroni nell’orbitale 1s, due nel 2s e cinque nei 2p e la sua configurazione elettronica si potrà scrivere 1s22s22p5. Per il sodio (11Na) potremo invece scrivere 1s22s22p63s1. n Ciò si riferisce agli otto elettroni, due di tipo s e sei di tipo p, presenti nello strato esterno. 16 temperatura ambiente - come il carbonio - o liquidi come il bromo - oppure gassosi - come l’ossigeno e l’azoto. Non sono buoni conduttori. §3 I LEGAMI CHIMICI Presupposti per la formazione del legame chimico La capacità degli atomi di legarsi con formazione di un legame chimico e la natura del legame che si instaura dipendono dalla configurazione elettronica degli atomi stessi. La formazione di un legame chimico porta gli elementi a raggiungere la configurazione elettronica esterna stabile dei gas nobili. Tutti gli elementi, esclusi i gas nobili, interagendo fra loro o con atomi diversi, raggiungono configurazioni elettroniche che spesso sono quelle dei gas nobili, quindi di maggior stabilità. Le interazioni tra atomi, che portano al legame chimico, implicano scambi o compartecipazioni di elettroni. Legame ionico. Il legame ionico si forma quando gli atomi di un metallo - cioè di un elemento con uno, due o tre elettroni nello strato più esterno - trasformandosi in cationi per perdita di uno, due o tre elettroni - interagiscono con gli anioni che hanno avuto origine da un non metallo - cioè da un elemento con sei o sette elettroni nel livello più esterno che ha acquistato uno o due elettroni. Consideriamo la reazione fra sodio e cloro per produrre cloruro di sodio (NaCl): Na Na+ + Cl 1 + 5 Cl 2 Cl 3s 3s 3p 2s 2p 3s23p6 Entrambi gli elementi raggiungono la configurazione più stabile - tipo gas nobile - che è, per il sodio, quella del Neon e, per il cloro, quella dell’Argo. L’attrazione elettrostatica che si esercita tra gli ioni Na+, carichi positivamente e gli ioni Cl, carichi negativamente, nel composto cloruro di sodio NaCl, rappresenta il legame ionico. Nei composti ionici allo stato solido e liquido non esistono molecole, ma ogni ione è in relazione “elettrostatica” con un definito numero di altri ioni, all’interno di un cristallo. La formula NaCl indica semplicemente il rapporto fra Na+ e Cl nel cristallo e non esistono molecole discrete di NaCl. Il legame ionico è rappresentato quindi da una interazione di tipo elettrostatico non direzionata poiché tale interazione non interessa un definito ione Na+ ed un altrettanto definito ione Cl. Legame covalente. A differenza del legame ionico, il “legame covalente” prevede la compartecipazione di almeno due elettroni, tra due atomi, per dare origine ad una molecola, cioè al più piccolo aggregato di atomi con caratteristiche chimico-fisiche dell’individuo chimico e capace di esistenza indipendente. Nella molecola del cloro (Cl2), ad esempio, ciascun atomo di cloro ha sette elettroni nello strato esterno e condivide, con l’altro atomo, l’elettrone spaiato: Cl 2 6 Cl Cl 3s23p5 3s23p5 3s23p6 3s23p6 in modo tale da raggiungere, complessivamente, la configurazione otteziale dell’Argo. Se si tralasciano gli elettroni non coinvolti nel legame covalente, la molecola Cl2 si può rappresentare come Cl-Cl,