Legatura chimica Tendinta crearii unor structuri electronice stabile a elementelor chimice(exceptie unele gaze rare:He,Ne) conduce la formarea unor edificii moleculare sau retele cristaline prin modificarea stratului exterior, denumit si strat de valenta (de legatura). Principalele tipuri de legaturi chimice sunt:electrovalenta (legatura ionica),covalente ,legatura metalica ,legatura de tip complex, legatura Van der Waals si legatura de hidrogen(puntile de H). a)Legatura ionica Elementele chimice apropiate structural de un gaz rar sunt cele mai instabile acceptand sau cedand cu usorinta electroni si formand anioni respective cationic, cu configuratii de gaz rar urmator sau anterior in sistemul periodic: Na + Cl = NaCl ceea ce nu corespunde reactiei de formare a NaCl din elemente. De aceea Kossel ia in consideratie interactiunile electrostatice ale ionilor din reteaua cristalina a NaCl si a norilor electronici ai ionilor acestora. Calculeaza energia de retea in care : ; constanta Madelung; Za,Zc sarcinile anionilor si cationilor ; n=5,6,9,10,12 Valoarea U=-774Kj calculata si identica cu cea din datele termodinamice, acopera cu mult deficitul energetic calculat in baza transferului de electroni si deci formarea cloruri de sodiu este posibila decurgand printr-o reactie exoterma b)Legatura covalenta Aceasta se realizeaza prin punerea in comun a electronilor neimperecheati ai atomilor si conduc la formarea de molecule sau retele atomice (diamant,grafit). Functie de natura atomilor participanti la legatura covalenta este: nepolara,stabilita intre atomi de acelasi fel; polara,stabilita intre atomi diferiti:

1. Cursul nr.2
2.1.Legatura chimica
Tendinta crearii unor structuri electronice stabile a elementelor
chimice(exceptie unele gaze rare:He,Ne) conduce la formarea unor edificii
moleculare sau retele cristaline prin modificarea stratului exterior, denumit
si strat de valenta (de legatura).
Principalele tipuri de legaturi chimice sunt:electrovalenta (legatura
ionica),covalente ,legatura metalica ,legatura de tip complex, legatura Van
der Waals si legatura de hidrogen(puntile de H).
a)Legatura ionica
Elementele chimice apropiate structural de un gaz rar sunt cele mai
instabile acceptand sau cedand cu usorinta electroni si formand anioni
respective cationic, cu configuratii de gaz rar urmator sau anterior in
sistemul periodic:
Na +
2
1
Cl2 = NaCl 0

 NaCl
Hf




 e
Na
s
Ne
Na 11
1
10
11 3
]
:[ ])
:[
( 10
11 Ne
Na



 


Cl
p
s
Ne
Cl e
17
1
5
2
10
17 3
3
]
:[ ])
:[
( 18
17 Ar
Cl
1
54
,
146
49
,
347
03
,
494
_






 mol
Kj
A
I Cl
Na
ceea ce nu corespunde reactiei de
formare a NaCl din elemente.
De aceea Kossel ia in consideratie interactiunile electrostatice ale
ionilor din reteaua cristalina a NaCl si a norilor electronici ai ionilor
acestora.
Calculeaza energia de retea 












n
r
Zc
Za
e
A
N
K
U
1
1
2
in care :
0
4
1


K ; 











4
6
3
8
2
12
1
6
A constanta Madelung;
Za,Zc sarcinile anionilor si cationilor ; n=5,6,9,10,12
Valoarea U=-774Kj 1

 mol calculata si identica cu cea din datele
termodinamice, acopera cu mult deficitul energetic calculat in baza
transferului de electroni si deci formarea cloruri de sodiu este posibila
decurgand printr-o reactie exoterma ).
3
,
411
( 1




 mol
Kj
H

2. b)Legatura covalenta
Aceasta se realizeaza prin punerea in comun a electronilor
neimperecheati ai atomilor si conduc la formarea de molecule sau retele
atomice (diamant,grafit).
C H
C C sau C C
C O sau C O
C Cl sau C Cl
C N sau C N
O H sau O H
C H sau
sau C C
sau C O
sau C N
sau N O
C C
C O
C N
N O
C C sau C N sau
C C C N
Functie de natura atomilor participanti la legatura covalenta este:
 nepolara,stabilita intre atomi de acelasi fel;
 polara,stabilita intre atomi diferiti:

3. Covalenta polara(eterogena) se stabileste intre doi atomi diferiti.In acest caz,dubletul
electronic de legatura este partial deplasat spre atomul mai electronegativ si apar sarcini
fractionare +δ si –δ: H3C Cl
+ -
In cazul atomilor cu un numar mare de electroni neimperechiati se pot
stabili legaturi multiple(duble,triple):
Un alt tip de covalenta ce se mai poate forma este covalenta
coordinativa, in care unul din atomi poseda o pereche de electroni
neparticipanti pe care o pune in comun cu un alt atom, din alta molecula sau
din aceeasi, deficitar in electroni:
3
3
3
3 BF
N
H
BF
N
H 


b.1.)Teorii mecano-cuantice ale legaturii covalente
Dezvoltarea teoretica a legaturii covalente s-a realizat prin aplicarea
principiilor mecanicii cuantice la calculul functiei de unda a orbitalului
molecular care ia nastere prin cuplarea electronilor neimperecheati din
atomi.Calculele sunt destul de complicate si s-au efectuat initial pentru
molecule simple( 3
2 ,
, NH
HCl
H )recurgandu-se la unele simplificari (metoda
aproximarilor).
Doua metode de aproximare au capatat o aplicabilitate mai
larga(MLV=metoda legaturii de valenta) si (MOM=metoda orbitalilor
moleculari).
Ambele metode se bazeaza pe combinarea liniara a functiilor de unda
a orbitalilor atomici : b
b
a
a
MOL C
C 



 , in care:
- b
a C
C , sunt coeficienti de contributie a orbitalilor atomici
- b
a 
 , sunt functiile de unda a orbitalilor atomici
Cele doua metode difera prin valoarea pe care o atribuie coeficientilor
de contributie si modul de interpretare a rezultatelor.
In MLV ,legatura covalenta se considera drept un rezultat al
suprapunerii orbitalilor atomici nedeformati iar in MOM, formarea

4. covalentei se produce in urma contopirii orbitalilor atomici in orbitali
moleculari ,ca numar egali, dar jumatate de legatura (de energie joasa) si
jumatate de antilegatura (de energie inalta).
Exemplu pentru molecula de H2 de formare prin cele doua
metode:
Fig. nr. 2.1. Formarea moleculei de hidrogen în M.L.V.
Fig.nr.2.2. Formarea moleculei de hidrogen in M.O.M.
c)Legaturi Van der Waals
Abaterea gazelor reale de la legile gazelor ideale [(p+ )(V-VM)=RT]
efectul Joule-Thomson (racirea unui gaz puternic comprimat prin curgerea
lui printr-un orificiu ingust provoaca in majoritatea cazurilor o racire a
gazului), lichefierea si solidificarea gazelor ( Ne
He, si altele),au impus faptul
ca intre acestea se stabilesc legaturi Van der Waals.
Sunt forte cu “bataie” scurta 6
1
r
E  :
Forte London , de “dispersie”,actioneaza la toate tipurile de molecule
,deoarece apar in urma oscilatiei nucleu-nor electronic:
6
2
4
3
r
I
EL 


Forte Keesom, de orientare , apar intre molecule polare, fiind forte
atractive de tip dipol-dipol.

5. 6
4
3
2
KTr
EK



Forte Debye, de inductie, apar intre molecule polare si nepolare.
6
2
2
r
ED



Ponderea celor trei tipuri de forte depinde de doua proprietati distincte
ale moleculelor:polarizabilitate )
( si polaritate )
( .
Forte repulsive , atractia intre molecule este limitata de aparitia
acestor repulsii datorate invelisurilor electronice.Sunt forte cu o “bataie” si
mai scurta: )
12
9
(
1


 n
r
E n
d)Legatura de hidrogen(puntile de H)
Este tot o legatura intermoleculara si se realizeaza intre protonul unei
molecule legat de un atom puternic electronegativ( 0
,
3

A
X dupa Pauling
A=F,O,N,Cl) si atomul electronegativ al unei alte molecule vecine.
Fig. nr. 2.3. Legăturile de hidrogen dintre moleculele de O
H2 si HF
e)Legatura metalica
Manifestarea unor proprietati specifice,sugereaza existenta in metale a
unei legaturi chimice diferita de cele intalnite la nemetale,numita legatura
metalica.
Natura legaturii nu este de tip Van der Waals,deoarece este puternica
,existenta unei legaturi tip ionica nu este posibila intre specii de acelasi fel
iar in metal ca retea, acesta fiind inconjurat de un numar mare de atomi
identici (6,8,12 etc.)nu poate forma legaturi covalente localizate intre toti
acestia.
Asupra naturii chimice s-au emis diferite teorii.
e.1.)Teoria gazului electronic(Drude-Lorentz)

6. Acesta considera ca electronii de valenta ai atomilor de metal
formeaza un “gaz” mobil – un “gaz” de electroni care difuzeaza prin reteaua
cristalina a metalului ,ale carei noduri sunt formate din “resturile” de atomi ,
respectiv de ioni pozitivi.Interactiunea dintre ionii pozitivi si gazul
electronic ar constitui legatura metalica.
Existenta electronilor mobili in metale poate explica conductibilitatea
termica si electrica foarte mare a acestora , legea Wiedemann-Franz si
anume raportul acestor conductivitati este constant pentru toate metalele.
Modelul gazului electronic este ,insa, in contradictie cu unele
observatii experimentale, in special nu poate explica caldura specifica a
metalelor.
e.2.)Legatura metalica explicata prin MOM
Prin aceasta teorie metalul compact poate fi considerat drept o
molecula uriasa formata din atomi identici.Exista astfel posibilitatea formarii
unor orbitali moleculari din orbitali atomici de acelasi tip,echivalenti.
Considerand un mol de atomi )
/
10
023
,
6
( 23
mol
atomi
N 
 ,avem N
orbitali atomici de acelasi tip care in reteaua metalica formeaza N orbitali
moleculari ,din care jumatate (N/2) sunt de mai joasa energie (orbitali
moleculari de legatura) si cealalta jumatate (N/2) sunt de energie inalta
(orbitali moleculari de antilegatura).Totalitatea nivelelor de energie care se
gasesc intr-o succesiune foarte stransa formeaza o zona sau banda de
energie.
Litiul de exemplu are structura atomica 0
1
2
2
]
[ p
s
He
1
1
2s
Un mol are deci N(2s)+3N(2p) orbitali atomici care formeaza 4N
orbitali moleculari delocalizati.Cu electroni se vor ocupa N orbitali
delocalizati formand asa numita banda ocupata (BO).Ramane astfel din
banda energetica a orbitalilor moleculari un numar mare care formeaza
banda de conductie (B.C.).Electronii in camp electric pot “migra” din B.O.
in B.C. explicandu-se astfel conductibilitatea electrica si termica a metalelor:

7. Spre deosebire de metale, in materiale semiconductoare si izolatoare
cele doua benzi B.O. si B.C. nu mai sunt alaturate.Exista intre ele o diferenta
de energie ,(apare B.I.=banda interzisa)care creste in mod semnificativ la
izolatori )
5
.
3
( eV
E 
 .
e.3.)Explicarea legaturii metalice prin MLV
Numarul mic de electroni din stratul de valenta a impus ca teorie in
explicarea legaturii puternice din metal, covalenta delocalizata .De exemplu,
in potasiu(Kaliu) metalic, fiecare atom avand un singur electron poate forma
o singura covalenta simpla cu un alt atom vecin.Cum in reteaua metalica in
proxima apropiere sunt opt atomi rezulta o structura de rezonanta in diferite
pozitii.De exemplu pentru patru atomi de potasiu exista:
K K K  K
 |
K K K  K

8. I II
K+ K K K+ K-__K K __K-
   
K  K- K-  K K K+ K+ K
III IV V VI
Fig.nr.2.4. Structuri sincrone(I,II) si asincrone(III,IV,V,VI)
Structurile de rezonanta nesincronizate explica conductibilitatea
electrica la metale in stare topita prin purtatorii de sarcina de ordinul doi
(ionici).
Modul in care intervin aceste in conductia electrica poate fi astfel
reprezentat:
Catod(-)] K
K-K K-K K-K K-K K-K-K
[(+)Anod
Deci,la trecerea unui curent electric, va avea loc o schimbare a
legaturilor astfel incat sa se produca o deplasare a sarcinii positive spre catod
si a sarcinii negative spre anod.
Conductibilitatea este mai ridicata la temperaturi joase;la cresterea
temperaturii agitatia termica perturba aranjamentul atomilor in reteaua
metalica si conductibilitatea scade.
Structura electronica a metalelor da explicatia schimbarilor observate
la proprietatile fizice ale metalelor .
Astfel daca se considera primele metale din perioada a patra
(n=4),adica K,Ca,Sc,Ti,V,Cr, se poate constata o crestere a
densitatii,duritatii,punctului de topire, punctului de fierbere etc.Aceste
observatii, pot fi explicate prin aria legaturilor interatomice in metal.Cu cat
atomii metalelor au mai multi electroni in stratul de valenta ,cu atat numarul
legaturilor pe care le pot forma cu atomii invecinati este mai mare.
Atomul de potasiu are un singur electron in stratul de valenta si poate
forma o singura legatura covalenta cu un atom de potasiu vecin.In cristal l
este inconjurat de opt atomi de potasiu vecini, cu care poate forma cate o
legatura covalenta, rezultand structuri de rezonanta (MLV).
De aceea potasiul este un metal moale,usor,cu punct de topire scazut.
In calciul metalic,fiecare atom are doi electroni de valenta si deci
poate forma cu atomii vecini doua legaturi.Aceste doua legaturi formeaza

9. structuri de rezonanta intre diferite pozitii ale legaturilor Ca-Ca si legatura
este de doua ori mai puternica decat la potasiu.
Scandiul cu trei electroni de valenta formeaza legaturi de trei ori mai
puternice.Corelatia intre valenta metalica si proprietati continua sa se
observe pana la crom.
Explicatia o reprezinta faptul ca legatura chimica se realizeaza la
metalele tranzitionale tip d si prin electroni dintr-o orbitala interioara.Modul
in care acestia participa la legatura chimica este diferit si poarta numele de
valenta secundara.Aceasta nu poate depasi valoarea 6 si se intalneste la
tranzitionalele d din mijlocul fiecarei serii.De aceea acestea au proprietati
fizice si chimice remarcabile.