Caratteristiche dei legami chimici

Un legame chimico rappresenta una forza d'attrazione che tiene uniti gli atomi. Aggregati atomici di dimensioni definite vengono chiamati molecole. Originariamente si pensava che soltanto i legami covalenti potessero tenere uniti gli atomi per formare le molecole; in seguito, è stato visto che le forze attrattive deboli sono molto importanti per la formazione di complessi costituiti da più macromolecole. Per esempio, le quattro subunità dell'emoglobina sono tenute insieme dall'azione combinata di alcuni legami deboli. Comunque, i legami chimici possono essere definiti in modi diversi. Un'evidente caratteristica del legame è la sua forza. I legami forti non vengono quasi mai distrutti alle temperature fisiologiche. Invece, i legami deboli vengono rotti facilmente ed hanno una vita molto breve se il loro numero è esiguo. Questi legami diventano stabili soltanto quando sono numerosi e disposti in gruppi ordinati. La forza di un legame, inoltre, è inversamente proporzionale alla sua lunghezza, così che due atomi uniti da legami forti sono sempre più vicini degli stessi atomi tenuti insieme da legami deboli. Un'altra importante caratteristica è il numero massimo di legami che un dato atomo può formare. Questo numero è chiamato valenza. L'ossigeno, per esempi, ha una valenza di due e non può formare più di due legami covalenti (questo non vale per i legami di van der Waals, in cui il fattore limitante è puramente sterico). Altre due importanti caratteristiche dei legami sono l'angolo di legame, che è l'angolo che si forma fra due legami convergenti su un singolo atomo, e la libertà di rotazione; i legami covalenti singoli permettono una libera rotazione dei due atomi legati mentre i legami doppi o tripli sono molto rigidi. Comunque, con l'avvento della meccanica quantistica, si specificò che la formazione spontanea del legame fra sue atomi implica sempre il rilascio di parte dell'energia interna, contenuta negli atomi non legati, e la sua conversione in una diversa forma di energia. Più forte è il legame, maggiore è la quantità di energia ceduta durante la sua formazione. La formazione di un legame fra i due atomi A e B può essere descritta come: A + B → AB + energia, dove AB rappresenta i due atomi legati. La velocità della reazione è direttamente proporzionale alla frequenza delle collisioni fra A e B. L'unità più frequentemente utilizzata per misurare l'energia è la caloria, ma siccome questa energia di solito è molto grande si utilizzano le kilocalorie per mole (Kcal/mol). Malgrado ciò, l'unione di atomi mediante legami chimici non è permanente. Esistono, infatti, forze capaci di rompere questi legami: l'energia termica è una fra le più importanti. Infatti, più una molecola si muove velocemente (e ciò può essere ottenuto aumentando la temperatura), maggiore è la possibilità che, a causa di una collisione, un legame venga rotto. La rottura di un legame può essere descritta dalla seguente formula: AB + energia → A + B. La quantità di energia che deve essere aggiunta per rompere un legame è esattamente pari a quella dissipata nella formazione del legame stesso. Questa equivalenza è in accordo con la prima legge della termodinamica, che afferma che l'energia non può essere né creata né distrutta. Quindi, in conclusione, possiamo dire che ciascun legame è il risultato di un'azione combinata tra forze che formano e forze che rompono i legami stessi. Quando, in un sistema chiuso, si crea un equilibrio, il numero dei legami che si formano è uguale a quello che si rompono nello stesso periodo di tempo. La quantità dei legami che si formano potrà essere ricavata dalla seguente formula: Keq = [AB]/[A]x[B], dove Keq è la costante di equilibrio, e le altre sono concentrazioni.