Legami chimici

I legami chimici uniscono gli atomi in interazioni strette e più o meno stabili. La formazione e la rottura dei legami nelle reazioni chimiche è ciò che costruisce e trasforma le sostanze. Questo avviene costantemente in ogni cellula vivente in ogni momento e permette la generazione di grandi molecole e strutture organiche complesse.

In questa sezione discuteremo i diversi tipi di legami chimici e altri tipi di interazioni.

Legami covalenti

L'interazione più forte e stabile tra due atomi è un legame covalente. Nello sforzo di riempire i loro gusci di valenza per raggiungere uno stato di alta stabilità, due atomi possono condividere coppie di elettroni, formando un forte legame cosiddetto covalente.

Nell'esempio illustrato, due atomi di idrogeno formano un legame condividendo ciascuno il proprio unico elettrone. Poiché l'idrogeno ha un solo guscio, che (essendo il più interno) può contenere fino a due elettroni, i due atomi hanno riempito il loro guscio di valenza in questo modo. L'idrogeno puro esiste normalmente solo come "H₂".

In biologia, i legami tra idrogeno e carbonio sono onnipresenti. In generale, solo gli elettroni di valenza partecipano alla formazione dei legami, di cui il carbonio ne ha quattro nel suo guscio esterno. Essendo il secondo guscio più interno, può contenere fino a otto elettroni, quindi ha bisogno di altri quattro per raggiungere la sua configurazione più stabile. Oltre ai legami singoli, gli atomi possono anche formare legami multipli (per esempio doppi e tripli). La parte destra dell'immagine mostra il modo più comune di rappresentare le strutture chimiche con i legami mostrati come linee tra i simboli degli elementi.

Strutture scheletriche

Poiché i legami tra idrogeno e carbonio sono così comuni nei composti organici, spesso usiamo un modo semplificato per rappresentare le strutture delle molecole. Solo i legami che il carbonio forma con altri atomi, eccetto l'idrogeno, sono disegnati, mentre i carboni sono impliciti nelle pieghe e nei punti finali nudi. I legami con l'idrogeno sono omessi completamente, poiché il numero di idrogeni può essere dedotto dal numero di legami che un atomo di carbonio forma con altri atomi.

Numeri tipici di legami

Per un biologo, la cosa più utile da sapere sui legami covalenti è il numero tipico di legami che ciascuno dei sei elementi biologicamente più importanti forma nelle molecole. Questo numero è chiamato "valenza" in quanto si riferisce direttamente al numero di elettroni nel guscio di valenza di un atomo che è necessario per arrivare a una configurazione stabile.

Legami ionici

Nell'interazione elettronica tra gli atomi di alcuni elementi, come il sodio (Na) e il cloro (Cl), l'attrazione di un atomo a causa della sua alta "elettronegatività", Cl in questo caso, è così forte che non condividerà il singolo elettrone di valenza del suo partner, ma lo prenderà completamente. Questo porta alla trasformazione degli atomi in ioni carichi che sono tenuti insieme dall'attrazione elettrica. Questa interazione, chiamata legame ionico, è relativamente debole con circa 1/10 della forza di un legame covalente.

Legami a idrogeno

In alcuni casi, l'attrazione degli elettroni di due diversi atomi ("elettronegatività") è altamente disuguale, ma non abbastanza per un trasferimento completo di elettroni. Questo porta alla polarità all'interno della molecola a causa di una carica parziale (∂⁺/∂⁻), per esempio nelle molecole di acqua. Parti di molecole diverse (contenenti idrogeno) con cariche parziali opposte possono formare i cosiddetti legami a idrogeno. I legami a idrogeno sono relativamente deboli, simili ai legami ionici.

Nella prossima sezione impareremo come cambiano le interazioni nelle reazioni chimiche.