La teoria del legame di valenza considera solo gli elettroni relativi agli orbitali atomici più esterni degli atomi ovvero gli orbitali di valenza
La teoria del legame di valenza stabilisce che ogni legame covalente tra due atomi avviene tramite la sovrapposizione di:
- un orbitale atomico di valenza dei un atomo
- un orbitale atomico di valenza dell’altro atomo
ciascuno dei quali deve essere occupato da un solo elettrone detto elettrone dispari o elettrone spaiato.
Se invece tra due atomi si forma un legame covalente dativo, questo avviene mediante:
- la sovrapposizione dell’orbitale atomico di valenza del datore (quello definito del paio solitario)
- l’orbitale atomico di valenza dell’accettore che non deve essere occupato da elettroni.
In entrambi i casi ogni legame covalente che si stabilisce fra due atomi è sempre costituito da un doppietto elettronico.
Consideriamo due atomi isolati che si avvicinano reciprocamente fino a sovrapporre i rispettivi orbitali atomici più esterni, senza però sovrapporre gli altri orbitali atomici più vicini ai rispettivi nuclei. Se ognuno dei due orbitali atomici sovrapposti contiene un solo elettrone spaiato fra i due atomi si stabilisce un legame covalente.
Equazione di Schrödinger
Applicando l’equazione di Schröedinger ad un sistema formato da due atomi isolati posti ad una distanza tale da sovrapporre due orbitali atomici di valenza contenenti ciascuno un elettrone spaiato, si ottiene una soluzione matematica dalla quale risulta che il valore dell’energia di questo sistema, e cioè della molecola, è minore della somma dell’energia dei due atomi isolati.
Generalizzando si può affermare che la teoria del legame di valenza prevede matematicamente la formazione di un legame covalente fra due o più atomi tutte le volte che la sovrapposizione degli orbitali atomici di valenza degli atomi isolati, ciascuno occupato da un solo elettrone, dà come risultato finale un sistema (molecola) la cui energia risulta minore di quella ottenuta sommando l’energia degli atomi interessati.
Esempi
Per esempio se due atomi di idrogeno si avvicinano reciprocamente fino a sovrapporre i rispettivi orbitali atomici 1s ognuno dei quali è occupato da un solo elettrone, si forma la molecola di idrogeno. In essa la coppia di elettroni di legame appartiene ora all’uno ora all’altro atomo di idrogeno, mentre l’energia di un tale sistema è minore della somma dell’energia dei due atomi isolati.
Se un atomo isolato di idrogeno (Z=1): ↑
e un atomo isolato di fluoro (Z=9): ↑↓, ↑↓,↑↓, ↑↓,↓
si avvicinano reciprocamente fino a sovrapporre rispettivamente l’orbitale atomico 1s e l’orbitale atomico 2p sui quali è distribuito un solo elettrone. Si forma la molecola HF in cui gli atomi sono legati da legame covalente e il cui contenuto energetico risulta minore della somma dell’energia dei due atomi isolati.
Se due atomi isolati di azoto (Z=7): ↑↓, ↑↓, ↑, ↑,↑ si avvicinano reciprocamente si forma la molecola N2 nella quale i due atomi sono legati tra loro per mezzo di tre legami covalenti (legame triplo) ciascuno dei quali è formato dalla sovrapposizione di un orbitale atomico di valenza 2p di un atomo e di quello atomico di valenza 2p dell’altro atomo sui quali rispettivamente è distribuito un elettrone spaiato.
Ibridazione
Pauling, considera l’ipotesi che due o più orbitali atomici appartenenti allo stesso atomo possano fondersi insieme formando due o più orbitali atomici.
Essi, detti ibridi sono uguali tra loro:
- per l’energia
- per la forma
e orientati nello spazio in direzioni diverse da quelle degli orbitali atomici d’origine.
Una simile ipotesi è stata confermata dalla meccanica quantistica.
Combinando matematicamente due o più orbitali atomici, i quali sono le soluzioni dell’equazione di Schröedinger, si ottengono delle nuove equazioni. Queste ammettono tante soluzioni quanti sono gli orbitali atomici combinati. A queste soluzioni è stato dato il nome di orbitali ibridi.