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Legame chimico

1916
  • Gilbert N. Lewis
  • Linus Pauling
Scena di laboratorio che illustra il legame chimico nella chimica fisica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un legame chimico è un'attrazione duratura tra atomi, ioni o molecole che consente la formazione di composti chimici. I legami derivano dalla forza di attrazione elettrostatica tra ioni di carica opposta (legami ionici) o dalla condivisione di elettroni (legami covalenti). La forza e il tipo di legami determinano la struttura e le proprietà di una sostanza.

Il concetto di legame chimico spiega come i singoli atomi si combinino per formare la vasta gamma di sostanze che osserviamo. La proposta di Gilbert N. Lewis del 1916 del legame covalente, in cui gli atomi condividono coppie di elettroni per ottenere una configurazione elettronica stabile (la ‘regola dell'ottetto’), è stata un passo monumentale. Questa idea semplice ma potente, visualizzata con le strutture di Lewis, ha fornito la prima immagine chiara del legame nei composti non ionici. I legami ionici, invece, si formano con il trasferimento completo di uno o più elettroni da un atomo a bassa elettronegatività (tipicamente un metallo) a uno ad alta elettronegatività (un non metallo), creando ioni carichi che sono tenuti insieme dall'attrazione elettrostatica.

La nostra comprensione è stata notevolmente approfondita dall'applicazione della meccanica quantistica. La teoria del legame di valenza di Linus Pauling, introdotta negli anni ‘30, descriveva i legami covalenti come il risultato della sovrapposizione degli orbitali atomici. Questa teoria ha introdotto i concetti di ibridazione (ad esempio, sp, sp2, sp3) e risonanza per spiegare le geometrie molecolari osservate e le proprietà dei legami. Un approccio alternativo e spesso più potente è la teoria degli orbitali molecolari (MO), che considera gli elettroni delocalizzati nell'intera molecola in orbitali molecolari formati dalla combinazione di orbitali atomici. La teoria MO è essenziale per spiegare le proprietà dei sistemi coniugati, il magnetismo e gli stati eccitati. Oltre a questi tipi primari, ci sono anche i legami metallici, caratterizzati da un ’mare" di elettroni delocalizzati, e le forze intermolecolari più deboli come i legami a idrogeno e i legami di tipo "atipico". van der Waals che sono fondamentali per le proprietà di liquidi, solidi e macromolecole biologiche come il DNA.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Chimica fisica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • teoria atomica (John Dalton)
  • scoperta dell'elettrone (J.J. Thomson)
  • sviluppo del modello nucleare dell'atomo (Ernest Rutherford)
  • i primi concetti di ‘affinità’ e ‘valenza’

Applicazioni

  • scienza e ingegneria dei materiali (ad esempio, creazione di leghe, polimeri)
  • progettazione di farmaci e farmacologia
  • sintesi di nuovi composti chimici
  • comprendere i processi biologici (ad esempio, il ripiegamento delle proteine)
  • sviluppo di adesivi e compositi
  • predire la geometria molecolare (teoria vsepr)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • ‘programmable’ molecules that change shape and function in response to light or heat by altering their bonding
  • materiali autoriparanti con legami covalenti reversibili che si riformano dopo la frattura
  • materiali bidimensionali oltre il grafene con configurazioni di legame uniche per l'elettronica avanzata
  • elettronica biointegrata che utilizza polimeri conduttivi con proprietà di legame biocompatibili
  • ‘mechanophores’ that change color or fluoresce when a specific chemical bond is broken by mechanical stress
  • enzimi artificiali con siti attivi progettati per formare e rompere legami covalenti specifici con elevata precisione
  • adhesives that can be switched ‘on’ and ‘off’ using an electrical field to modulate ionic bonding
  • quantum materials where electron sharing in covalent bonds leads to exotic states like superconduttività
  • energy storage systems based on forming and breaking alta energia chemical bonds in ‘solar fuels’
  • piattaforme computazionali per la progettazione di nuovi composti prevedendo il legame dai primi principi
Correlato a: legame chimico, legame covalente, legame ionico, legame metallico, Gilbert N. Lewis, Linus Pauling, elettronegatività, elettroni di valenza, teoria degli orbitali molecolari, forze intermolecolari.

Contesto storico

Legame chimico

1912
1915
1915-11
1916
1918
1919-05-29
1920
1911-04-08
1913
1915
1916
1917
1918
1920
1920

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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