LEGAME IONICO: CARATTERISTICHE, COME SI FORMA ED ESEMPI - CHIMICA - 2024

Il legame ionico è un tipo di legame chimico in cui c'è un'attrazione elettrostatica tra ioni caricati in modo opposto. Cioè, uno ione caricato positivamente forma un legame con uno ione caricato negativamente, trasferendo elettroni da un atomo all'altro.

Questo tipo di legame chimico si verifica quando gli elettroni di valenza di un atomo vengono trasferiti in modo permanente a un altro atomo. L'atomo che perde elettroni diventa un catione (caricato positivamente) e quello che guadagna elettroni diventa un anione (caricato negativamente).

Esempio di legame ionico: fluoruro di sodio. Il sodio perde un elettrone di valenza e lo cede al fluoro. Wdcf

Concetto di legame ionico

Il legame ionico è quello mediante il quale particelle caricate elettricamente, chiamate ioni, interagiscono per dare origine a solidi e liquidi ionici. Questo legame è il prodotto di interazioni elettrostatiche tra centinaia di milioni di ioni e non è limitato a solo un paio di essi; cioè, va oltre l'attrazione tra una carica positiva verso una carica negativa.

Si consideri ad esempio il composto ionico cloruro di sodio, NaCl, meglio conosciuto come sale da cucina. In NaCl, predomina il legame ionico, quindi è composto da ioni Na ⁺ e Cl ^- . Na ⁺ è lo ione o il catione positivo, mentre Cl ^- (cloruro) è lo ione o l'anione negativo.

Gli ioni Na + e Cl- nel cloruro di sodio sono tenuti insieme dal legame ionico. Fonte: Eyal Bairey tramite Wikipedia.

Sia Na ⁺ che Cl ^- sono attratti dall'essere di cariche elettriche opposte. Le distanze tra questi ioni consentono ad altri di avvicinarsi tra loro, in modo che appaiano coppie e coppie NaCl. I Na ⁺ cationi si respingono perché sono di cariche uguali, e lo stesso avviene con l'altro con il Cl ^- anioni .

Arriva un momento in cui milioni di ioni Na ⁺ e Cl ^- riescono a unificarsi, unirsi, per creare una struttura il più stabile possibile; uno governato da legame ionico (immagine in alto). Na ⁺ cationi sono inferiori Cl ^- anioni causa della crescente forza nucleare efficace del loro nucleo sugli elettroni esterni.

Legame ionico di NaCl. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Il legame ionico è caratterizzato dallo stabilire strutture ordinate in cui la distanza tra gli ioni (Na ⁺ e Cl ^- nel caso di NaCl) è piccola rispetto a quella di altri solidi. Quindi parliamo di una struttura cristallina ionica.

Come si forma un legame ionico?

Il legame ionico ha luogo solo se si verifica una distribuzione di elettroni in modo che sorgano le cariche degli ioni. Questo tipo di legame non può mai verificarsi tra particelle neutre. Devono esserci necessariamente cationi e anioni. Ma da dove vengono?

Illustrazione di legame ionico. a) Il sodio ha una carica netta negativa. b) Il sodio cede un elettrone al cloro. Il sodio rimane con una carica netta positiva e il cloro con una carica netta negativa, generando il legame ionico. Questo tipo di legame tra milioni di atomi di Na e Cl dà origine al sale fisico. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Esistono molti percorsi attraverso i quali si originano gli ioni, ma essenzialmente molti si basano su una reazione di riduzione dell'ossidazione. La maggior parte dei composti ionici inorganici sono costituiti da un elemento metallico legato con un elemento non metallico (quelli nel blocco p della tavola periodica).

Il metallo deve ossidarsi, perdere elettroni, per diventare un catione. D'altra parte, l'elemento non metallico è ridotto, guadagna questi elettroni e diventa un anione. L'immagine seguente illustra questo punto per la formazione di NaCl da atomi di sodio e cloro:

Formazione di un legame ionico. Fonte: Shafei su Wikipedia in arabo / dominio pubblico

L'atomo di Na dona uno dei suoi elettroni di valenza a Cl. Quando si verifica questa distribuzione di elettroni, si formano gli ioni Na ⁺ e Cl ^- , che iniziano ad attrarsi l'un l'altro immediatamente ed elettrostaticamente.

Si dice quindi che Na ⁺ e Cl ^- non condividono nessuna coppia di elettroni, a differenza di quanto ci si potrebbe aspettare per un ipotetico legame covalente Na-Cl.

Proprietà del legame ionico

Il legame ionico è non direzionale, cioè la sua forza non è presente in una sola direzione, ma piuttosto si diffonde nello spazio in funzione delle distanze che separano gli ioni. Questo fatto è importante, poiché significa che gli ioni sono fortemente legati, il che spiega molte delle proprietà fisiche dei solidi ionici.

Punto di fusione

Il legame ionico è responsabile della fusione del sale a una temperatura di 801 ºC. Questa temperatura è considerevolmente elevata rispetto ai punti di fusione di vari metalli.

Questo perché NaCl deve assorbire abbastanza calore perché i suoi ioni inizino a fluire liberamente dai suoi cristalli; cioè, le attrazioni tra Na ⁺ e Cl ^- devono essere superate .

Punto di ebollizione

I punti di fusione e di ebollizione dei composti ionici sono particolarmente elevati a causa delle loro forti interazioni elettrostatiche: il loro legame ionico. Tuttavia, poiché questo legame coinvolge molti ioni, questo comportamento è solitamente attribuito piuttosto a forze intermolecolari e non propriamente al legame ionico.

Nel caso del sale, una volta sciolto il NaCl, si ottiene un liquido composto dagli stessi ioni iniziali; solo ora si muovono più liberamente. Il legame ionico è ancora presente. Gli ioni Na ⁺ e Cl ^{- si} incontrano sulla superficie del liquido per creare un'elevata tensione superficiale, che impedisce agli ioni di fuoriuscire nella fase gassosa.

Pertanto, il sale fuso deve aumentare ancora di più la sua temperatura per bollire. Il punto di ebollizione di NaCl è 1465 ° C. A questa temperatura, il calore supera le attrazioni tra Na ⁺ e Cl ^- nel liquido, quindi i vapori di NaCl iniziano a formarsi con una pressione pari a quella atmosferica.

elettronegatività

Si è detto in precedenza che il legame ionico si forma tra un elemento metallico e un elemento non metallico. In breve: tra un metallo e un non metallico. Normalmente è così per quanto riguarda i composti ionici inorganici; soprattutto quelli di tipo binario, come NaCl.

Perché si verifichi una partizione di elettroni (Na ⁺ Cl ^- ) e non una condivisione (Na-Cl), deve esserci una grande differenza di elettronegatività tra i due atomi. Altrimenti, non ci sarebbe alcun legame ionico tra i due. Forse Na e Cl si avvicinano, interagiscono, ma immediatamente Cl, a causa della sua maggiore elettronegatività, "prende" un elettrone da Na.

Tuttavia, questo scenario si applica solo ai composti binari, MX, come NaCl. Per altri sali o composti ionici, i loro processi di formazione sono più complicati e non possono essere affrontati da una prospettiva puramente atomica o molecolare.

tipi

Non esistono tipi diversi di legami ionici, poiché il fenomeno elettrostatico è puramente fisico, variando solo il modo in cui interagiscono gli ioni, o il numero di atomi che possiedono; cioè, se sono ioni monoatomici o poliatomici. Allo stesso modo, ogni elemento o composto origina uno ione caratteristico che definisce la natura del composto.

Nella sezione degli esempi approfondiremo questo punto e si vedrà che il legame ionico è essenzialmente lo stesso in tutti i composti. Quando ciò non è soddisfatto, si dice che il legame ionico ha un certo carattere covalente, come nel caso di molti sali di metalli di transizione, dove gli anioni si coordinano con i cationi; ad esempio, FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^- ).

Esempi di legami ionici

Di seguito verranno elencati diversi composti ionici e verranno evidenziati i loro ioni e proporzioni:

- Cloruro di magnesio

MgCl ₂ , (Mg ²⁺ Cl ^- ), in rapporto 1: 2 (Mg ²⁺ : 2 Cl ^- )

- Potassio fluoruro

KF, (K ⁺ F ^- ), in un rapporto 1: 1 (K ⁺ : F ^- )

- Solfuro di sodio

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2- ), in un rapporto 2: 1 (2Na ⁺ : S ^2- )

- Lito idrossido

LiOH, (Li ⁺ OH ^- ), in un rapporto 1: 1 (Li ⁺ : OH ^- )

- Fluoruro di calcio

CaF ₂ , (Ca ²⁺ F ^- ), in un rapporto 1: 2 (Ca ²⁺ : 2F ^- )

- Carbonato di sodio

Na ₂ CO ₃ , (Na ⁺ CO ₃ ^2- ), in rapporto 2: 1 (2Na ⁺ : CO ₃ ^2- )

- Carbonato di calcio

CaCO ₃ , (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ), in rapporto 1: 1 (Ca ²⁺ : CO ₃ ^2- )

- Permanganato di Potassio

KMnO ₄ , (K ⁺ MnO ₄ ^- ), in un rapporto 1: 1 (K ⁺ : MnO ₄ ^- )

- Solfato di rame

CuSO ₄ , (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ), in un rapporto 1: 1 (Cu ²⁺ : SO ₄ ^2- )

- Idrossido di bario

Ba (OH) ₂ , (Ba ²⁺ OH ^- ), in un rapporto 1: 2 (Ba ²⁺ : OH ^- )

- Bromuro di alluminio

AlBr ₃ , (Al ³⁺ Br ^- ), in rapporto 1: 3 (Al ³⁺ : 3Br ^- )

- Ossido di ferro (III)

Fe ₂ O ₃ , (Fe ³⁺ O ^2- ), in rapporto 2: 3 (2Fe ³⁺ : 3O ^2- )

- Ossido di stronzio

SrO, (Sr ²⁺ O ^2- ), in un rapporto 1: 1 (Sr ²⁺ : O ^2- )

- Cloruro d'argento

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^- ), in un rapporto 1: 1 (Ag ⁺ : Cl ^- )

- Altri

-CH ₃ COONa, (CH ₃ COO ^- Na ⁺ ), in rapporto 1: 1 (CH ₃ COO ^- : Na ⁺ )

- NH ₄ I, (NH ₄ ⁺ I ^- ), in rapporto 1: 1 (NH ₄ ⁺ : I ^- )

Ciascuno di questi composti ha un legame ionico in cui milioni di ioni, corrispondenti alle loro formule chimiche, vengono attratti elettrostaticamente e formano un solido. Maggiore è l'entità delle sue cariche ioniche, più forti sono le attrazioni e le repulsioni elettrostatiche.

Pertanto, un legame ionico tende ad essere più forte quanto maggiori sono le cariche sugli ioni che compongono il composto.

Esercizi risolti

Di seguito alcuni esercizi che mettono in pratica le conoscenze di base del legame ionico.

- Esercizio 1

Quale dei seguenti composti è ionico? Le opzioni sono: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH ₃ e MgO.

Un composto ionico deve per definizione avere un legame ionico. Maggiore è la differenza di elettronegatività tra i suoi elementi costitutivi, maggiore è il carattere ionico di detto legame.

Pertanto, le opzioni che non hanno un elemento metallico sono escluse in linea di principio: HF, H ₂ O, H ₂ S e NH ₃ . Tutti questi composti sono costituiti da soli elementi non metallici. Il catione NH ₄ ⁺ è un'eccezione a questa regola, poiché non contiene metalli.

Le restanti opzioni sono NaH e MgO, che hanno i metalli Na e Mg, rispettivamente, attaccati a elementi non metallici. NaH (Na ⁺ H ^- ) e MgO (Mg ²⁺ O ^2- ) sono composti ionici.

- Esercizio 2

Considera il seguente composto ipotetico: Ag (NH ₄ ) ₂ CO ₃ I. Quali sono i suoi ioni e in che proporzione si trovano nel solido?

Decomponendo il composto nei suoi ioni abbiamo: Ag ⁺ , NH ₄ ⁺ , CO ₃ ^2- e I ^- . Questi vengono uniti elettrostaticamente secondo il rapporto 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺ : 2NH ₄ ⁺ : CO ₃ ^2- : I ^- ). Ciò significa che la quantità di cationi NH ₄ ⁺ è doppia rispetto a quella degli ioni Ag ⁺ , CO ₃ ^2- e I ^- .

- Esercizio 3

KBr è composto da ioni K ⁺ e Br ^- , con una grandezza di carica. Quindi, CaS possiede gli ioni Ca ²⁺ e S ^2- , con cariche di doppia grandezza, quindi si potrebbe pensare che il legame ionico in CaS sia più forte che in KBr; e anche più forte di Na ₂ SO ₄ , poiché quest'ultimo è composto da ioni Na ⁺ e SO ₄ ^2- .

Sia CaS che CuO possono avere un legame ionico altrettanto forte, poiché entrambi contengono ioni con cariche di doppia grandezza. Successivamente, abbiamo AlPO ₄ , con ^ioni Al ³⁺ e PO ₄ ^3- . Questi ioni hanno cariche di tripla magnitudine, quindi il legame ionico in AlPO ₄ dovrebbe essere più forte rispetto a tutte le opzioni precedenti.

Infine, abbiamo il vincitore Pb ₃ P ₄ , perché se assumiamo che sia composto da ioni, questi diventano Pb ⁴⁺ e P ^3- . Le loro cariche hanno le magnitudini più elevate; e quindi, Pb ₃ P ₄ è il composto che probabilmente ha il legame ionico più forte.

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica (8 ° ed.). CENGAGE Apprendimento.
2. Shiver & Atkins. (2008). Chimica inorganica . (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Legame ionico. Estratto da: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 febbraio 2020). Legami ionici vs covalenti - Comprendi la differenza. Estratto da: thoughtco.com
5. The Editors of Encyclopaedia Britannica. (31 gennaio 2020). Legame ionico. Encyclopædia Britannica. Estratto da: britannica.com
6. Dizionario Chemicool. (2017). Definizione di legame ionico. Estratto da: chemicool.com