Legame di valenza

Questa voce o sezione sull'argomento chimica fisica non cita le fonti necessarie o quelle presenti sono insufficienti.

La teoria del legame di valenza (VBT, cioè "Valence Bond Theory") è una descrizione del legame chimico basata sulla meccanica quantistica che supera il modello VSEPR, consentendo di calcolare il valore numerico della lunghezza e degli angoli di legame. La teoria VB fu proposta alla fine degli anni venti da Walter Heitler, Fritz London, John Slater e Linus Pauling.

La teoria VB prevede un processo di “fusione” degli orbitali degli atomi che compongono una molecola. Fondamentalmente, i principi di base che regolano la sovrapposizione degli orbitali sono due:

1. i legami si formano quando si appaiano gli elettroni degli orbitali dello strato di valenza;
2. gli orbitali possono sovrapporsi frontalmente dando luogo a legami ${\displaystyle \sigma }$ oppure lateralmente dando luogo a legami ${\displaystyle \pi }$.

Un legame semplice è di tipo sigma, un legame doppio è costituito da un sigma e un pi greco, un legame triplo da un sigma e due pi greco. La sovrapposizione laterale che genera un legame pi greco rende la molecola resistente alla torsione, genera un legame più debole dei legami sigma e fa sì che atomi di raggio grande (dal periodo 3 in poi) possano instaurare legami multipli solo raramente.

Consideriamo la molecola più semplice, cioè quella di idrogeno gassoso ${\displaystyle H_{2}}$. Il legame che tiene uniti i due atomi H è il risultato della sovrapposizione dei loro orbitali 1s: quando gli atomi si avvicinano, la distribuzione elettronica intorno ai due atomi è un legame sigma (sovrapposizione frontale). I due elettroni degli atomi si appaiano, cioè presentano spin antiparalleli, e si può immaginare che essi si espandano nella regione determinata dalla fusione degli orbitali: la densità elettronica maggiore si osserva nello spazio internucleare, così che l'attrazione elettrostatica tra i nuclei e gli elettroni tenga unita la molecola.

La molecola di azoto ${\displaystyle N_{2}}$ presenta invece un legame triplo, dato da una sovrapposizione sigma e due pi greco. Infatti lo strato di valenza dell'azoto prevede un elettrone in ciascuno dei tre orbitali 2p (${\displaystyle 2s^{2}2p_{x}^{1}2p_{y}^{1}2p_{z}^{1}}$), quindi in ${\displaystyle N_{2}}$ ci sarà una sovrapposizione frontale di due orbitali ${\displaystyle 2p_{z}}$ e due sovrapposizioni laterali di ${\displaystyle 2p_{x}}$ e ${\displaystyle 2p_{y}}$.

Lo stesso argomento in dettaglio: Ibridazione degli orbitali.

Non sempre è possibile spiegare i legami chimici solo attraverso le regole sopra esposte. Un esempio classico è la molecola di metano, ${\displaystyle CH_{4}}$. L'atomo di carbonio C ha configurazione ${\displaystyle [He]2s^{2}2p_{x}^{1}2p_{y}^{1}}$ e poiché i due elettroni in 2s sembrano già appaiati, il carbonio dovrebbe avere valenza 2 e quindi potrebbe dar luogo solo a 2 legami covalenti. In realtà il carbonio ha valenza 4, come dimostra l'esistenza del metano. Per perfezionare la teoria VB, quindi, occorre ammettere che gli orbitali atomici possano combinarsi generando i cosiddetti orbitali ibridi. Ad esempio nell'atomo C i quattro orbitali ${\displaystyle 2s,2p_{x},2p_{y},2p_{z}}$ possono “interferire”, formando quattro orbitali ibridi isoenergetici e differenti solo per orientazione.

• Legame σ
• Legame π
• Legame δ

• (EN) valence bond theory, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.

Portale Chimica

Portale Fisica