I legami chimici sono interazioni complesse tra due o più atomi o ioni, che riducono l'energia potenziale della molecola. Gilbert N. Lewis sviluppò un modello chiamato modello di Lewis che semplificava la rappresentazione della formazione di legami chimici e forniva spiegazioni semplici per i legami chimici visti nei composti più comuni.

Modello di Lewis

Il modello di Lewis descrive la formazione di legami chimici mediante la condivisione o il trasferimento di elettroni di valenza, che aiuta a raggiungere una configurazione elettronica stabile. Un legame ionico si forma quando gli elettroni vengono trasferiti tra un metallo e un non metallico, mentre un legame covalente si forma quando gli elettroni sono condivisi tra due non metalli.

Il modello di Lewis è usato esclusivamente per descrivere le formazioni di legame senza tenere conto dei cambiamenti energetici associati alle attrazioni e alle repulsioni tra elettroni e nuclei sugli atomi vicini. Mentre queste interazioni sono fondamentali per il legame chimico, l'esatta determinazione dei valori è complessa. Invece, Lewis progettò disegni speciali per rappresentare i legami chimici usando elettroni di valenza, chiamati simboli di Lewis.

Simboli di Lewis

I simboli di Lewis descrivono le configurazioni elettrone di valenza di atomi e ioni monatomici. Un simbolo di Lewis è costituito da un simbolo elementale circondato da un punto per ciascuno dei suoi elettroni di valenza. Per esempio, il sodio ha un elettrone di valenza; quindi un punto è disegnato attorno al simbolo Na.

Per gli elementi del gruppo principale, il numero di elettroni di valenza è indicato da un numero di gruppo scritto nella tavola periodica. Ad esempio, il litio (Li) appartiene al gruppo IA e ha un elettrone; il berillio (Be) è un elemento del gruppo IIA e ha due elettroni di valenza.

Ci sono eccezioni al modello di Lewis. In elio, l'elettrone di valenza numerica non è lo stesso del numero di gruppo. I metalli di transizione, i lantanidi e gli attinidi hanno gusci interni riempiti in modo incompleto; quindi non possono essere scritti in semplici simboli a punti di Lewis.

La regola dell'ottetto

Le molecole alogene (F₂, Br₂, I₂e At₂) formano legami come quelli della molecola di cloro: un singolo legame tra atomi e tre coppie solitarie di elettroni per atomo. Questo permette ad ogni atomo alogeno di avere una nobile configurazione elettronica a gas. La tendenza degli atomi di blocco s- o p - a formare legami sufficienti per ottenere otto elettroni di valenza è nota come regola dell'ottetto. La regola dell'ottetto prevede le combinazioni di atomi che avranno energia potenziale inferiore quando si legano insieme.

Il numero di legami che un atomo può formare può spesso essere previsto dal numero di elettroni necessari per raggiungere un ottetto (otto elettroni di valenza); ciò è particolarmente vero per i non metalli del secondo periodo della tavola periodica (C, N, O e F).

• Gli elementi del gruppo 14 hanno quattro elettroni nel loro guscio più esterno e quindi richiedono altri quattro elettroni per raggiungere un ottetto. Questi quattro elettroni possono essere ottenuti formando quattro legami covalenti, come il carbonio in CH₄ (metano) e il silicio in SiH₄ (silane).
• Gli elementi del gruppo 15 come l'azoto hanno cinque elettroni di valenza nel simbolo atomico di Lewis: una coppia solitaria e tre elettroni spaiati. Questi atomi formano tre legami covalenti, come in NH₃ (ammoniaca).
• Elementi del gruppo 16 come l'ossigeno e altri atomi ottengono un ottetto formando due legami covalenti - come il legame con due atomi di idrogeno in H₂O (acqua).

Ci sono eccezioni alla regola dell'ottetto. Poiché l'idrogeno ha solo bisogno di due elettroni per riempire il suo guscio di valenza, è un'eccezione alla regola dell'ottetto. In questo caso, si dice che l'idrogeno abbia raggiunto un duetto. Anche gli elementi di transizione e gli elementi di transizione interna non seguono la regola dell'ottetto.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Chapter 7.3: Lewis Symbols and Structures.