Il legame chimico: ionico, covalente e metallico

Perché gli atomi si uniscono per formare molecole e materiali? E perché il sale è fragile e solubile, il diamante durissimo, il rame conduttore? La risposta sta nel tipo di legame chimico che tiene insieme gli atomi. Esistono tre grandi modelli — ionico, covalente, metallico — e capire le loro differenze significa capire perché le sostanze hanno le proprietà che hanno.

Vediamo perché gli atomi formano legami, i tre tipi fondamentali e come il tipo di legame determina le proprietà di una sostanza.

Perché si formano i legami

Gli atomi formano legami per raggiungere una configurazione elettronica più stabile, tipicamente quella a guscio esterno completo dei gas nobili (la regola dell’ottetto: otto elettroni nel guscio di valenza). Possono farlo cedendo, acquistando o condividendo elettroni — e da questi tre modi nascono i tre tipi di legame. Il motore è sempre lo stesso: abbassare l’energia raggiungendo una maggiore stabilità.

I tre tipi di legame

A seconda di come gli atomi gestiscono gli elettroni di valenza, si distinguono tre tipi fondamentali di legame:

• Legame ionico: un atomo (metallo) cede uno o più elettroni a un altro (non-metallo); si formano ioni di carica opposta che si attraggono elettrostaticamente. Esempio: il cloruro di sodio (sale).
• Legame covalente: due non-metalli condividono una o più coppie di elettroni. Esempio: la molecola d’acqua, l’ossigeno, i composti organici.
• Legame metallico: i cationi metallici sono immersi in un “mare” di elettroni liberi di muoversi. Esempio: il rame, il ferro e tutti i metalli.

La formazione di un legame ionico si può scrivere come un trasferimento netto di elettroni, in cui ciascun atomo raggiunge l’ottetto:

Na  +  Cl  →  Na⁺  +  Cl⁻  →  NaCl

Come il legame determina le proprietà

Il tipo di legame spiega le proprietà macroscopiche delle sostanze:

Legami covalenti polari e forze intermolecolari

Il legame covalente non è sempre “equo”: se i due atomi hanno elettronegatività diverse, la coppia condivisa è attratta più da uno, e il legame diventa polare, con una parziale separazione di carica. Da queste polarità nascono le forze intermolecolari (come il legame a idrogeno), più deboli dei legami veri e propri ma decisive: spiegano perché l’acqua è liquida a temperatura ambiente, perché certe sostanze sono solubili e altre no, perché i punti di ebollizione variano tanto. Distinguere i legami forti (intramolecolari) dalle forze deboli (intermolecolari) è essenziale per capire il comportamento fisico delle sostanze.

Perché conta nella pratica

Saper riconoscere il tipo di legame permette di prevedere le proprietà di un materiale prima ancora di averlo in mano: se sarà duro o fragile, se condurrà elettricità, se sarà solubile in acqua, a che temperatura fonderà. È una competenza fondamentale nella scienza dei materiali, nella chimica industriale e nella valutazione della sicurezza delle sostanze, dove le proprietà fisiche determinano comportamento, stoccaggio e rischi.

Quando il modello dell’ottetto non basta

La regola dell’ottetto è una guida potente, ma ha le sue eccezioni, che è bene conoscere per non applicarla in modo meccanico. Alcuni atomi sono stabili con meno di otto elettroni (l’idrogeno con due, il boro talvolta con sei); altri, dal terzo periodo in poi, possono “espandere l’ottetto” e ospitarne più di otto, perché dispongono di orbitali d accessibili (è il caso dello zolfo e del fosforo in certi composti). Esistono poi specie con un numero dispari di elettroni, i radicali, intrinsecamente reattive proprio perché non riescono a completare l’ottetto. Riconoscere questi casi limite è ciò che distingue un’applicazione superficiale della regola da una comprensione matura del legame, e spiega perché molte specie reattive, proprio per la loro incapacità di completare l’ottetto, siano protagoniste di reazioni rapide e talvolta pericolose.

Domande frequenti

Perché gli atomi formano legami chimici?

Per raggiungere una configurazione elettronica più stabile, tipicamente il guscio esterno completo dei gas nobili (regola dell’ottetto). Lo fanno cedendo, acquistando o condividendo elettroni di valenza: in tutti i casi il risultato è un abbassamento dell’energia, cioè una maggiore stabilità.

Qual è la differenza tra legame ionico e covalente?

Nel legame ionico un atomo cede elettroni a un altro, formando ioni di carica opposta che si attraggono; nel covalente due atomi condividono coppie di elettroni. Il primo si forma tipicamente tra un metallo e un non-metallo, il secondo tra due non-metalli.

Che cos’è il legame metallico?

È il legame tipico dei metalli, in cui i cationi sono immersi in un “mare” di elettroni liberi di muoversi attraverso tutto il materiale. Questa mobilità degli elettroni spiega le proprietà caratteristiche dei metalli: la conducibilità elettrica e termica, la lucentezza, la duttilità.

Come si prevede il tipo di legame?

Dalla differenza di elettronegatività tra gli atomi: una differenza grande (metallo e non-metallo) porta al legame ionico, una differenza piccola o nulla (due non-metalli) al covalente, mentre tra atomi metallici si ha il legame metallico. La tavola periodica aiuta a stimarlo a colpo d’occhio.

Che cosa sono le forze intermolecolari?

Sono attrazioni più deboli dei legami chimici veri e propri, che agiscono tra molecole diverse (come il legame a idrogeno). Pur essendo deboli, determinano proprietà fisiche fondamentali come i punti di ebollizione, la solubilità e lo stato di aggregazione di una sostanza.