Lunghezza di legame: determinazione, fattori che la influenzano

La lunghezza di legame, detta anche distanza di legame,  è definita come la distanza tra i centri dei nuclei di due atomi legati tra loro. Essa  è generalmente espressa in angstrom (Å ) o picometri (pm) essendo  1Å = 10^–8 cm e 1 pm = 10^–12 m e corrisponde alla distanza in cui l’energia è minima.

Le lunghezze di legame sono determinate da tecniche di diffrazione dei raggi X o con metodi spettroscopici.

Nel caso di legami covalenti  è determinata dal numero di elettroni di legame e quindi dal numero di legami esistenti tra una coppia di atomi che è detto ordine di legame. Quanto maggiore è l’ordine di legame tanto maggiore è l’attrazione tra i due atomi e quindi tanto più piccola è la lunghezza del legame. Generalmente  tra due atomi è pari circa alla somma tra il raggio atomico dei due atomi:

lunghezza di legame in un composto covalente AB = r_A + r_B
Nel caso di un composto ionico  è data dalla somma dei raggi ionici:
lunghezza di legame in un composto ionico AB = r_A⁺ + r_B^–

Fattori che influenzano la lunghezza di legame

Alcuni fattori tra i quali:

• la risonanza
• l’elettronegatività
•  l’ibridazione 
• gli effetti sterici

che influenzano i raggi atomici, influenzano la lunghezza di legame.

Per molecole diatomiche omonucleari è pari a due volte il raggio atomico.

Tra due atomi che possono formare legami singoli, doppi o tripli legami come accade tipicamente nel carbonio a seconda che sia ibridato rispettivamente sp³, sp² o sp le lunghezze di legame variano.

In particolare  nel caso di un triplo legame è inferiore a quella di un doppio legame che a sua volta è inferiore rispetto a quella di un legame singolo.
In generale essa diminuisce, nel caso di orbitali ibridi all’aumentare della percentuale di carattere s.

Ad esempio, la lunghezza di legame C-H è pari a 1.112 Å quando il carbonio è ibridato sp³ in cui la percentuale di carattere s è del 25% come avviene negli alcani mentre negli alcheni dove il carbonio è ibridatosp² in cui la percentuale di carattere s è del 33.3% tale valore scende a 1.103 Å. Infine nel caso degli alchini in cui il carbonio è ibridato sp in cui la percentuale di carattere s è del 50% la lunghezza di legame è di 1.08 Å.

Nel caso di un legame covalente polare è minore rispetto a quella teorica.

Varia in un ampio intervallo: da 74 pm nel caso di H-H fino a 200 pm nel caso di atomi aventi un raggio atomico grande.

Determinazione

Si determina la struttura di Lewis e si ricerca su apposite tabelle il raggio atomico relativo al legame presente tra i due atomi. La lunghezza di legame è data dalla somma di tali valori.

Ad esempio nel caso del legame C-Cl presente in CCl₄ si rileva dalla struttura di Lewis.

Tra il carbonio e ciascuno dei quattro atomi di cloro vi è un legame singolo. Il carbonio, nei legami singoli fa una lunghezza di 75 pm e il cloro di 99 pm. La lunghezza di legame è quindi data all’incirca dalla somma di tali valori ovvero è pari a 174 pm.

Nel caso di CO₂, si scrive la struttura di Lewis e si ha che la molecola è costituita da un doppio legame carbonio- ossigeno O=C=O. Il carbonio nel doppio legame ha una lunghezza di 67 pm mentre l’ossigeno nel doppio legame ha una lunghezza di 57 pm. La lunghezza del legame C=O è quindi di circa 124 pm.