Il
legame ionico
e un
legame chimico
di natura
elettrostatica
che si forma quando gli
atomi
possiedono un'elevata differenza di
elettronegativita
, ovvero una bassa
energia di ionizzazione
e un'alta
affinita elettronica
. In parole povere, esso si riferisce alla mutua attrazione elettrostatica che si instaura tra le
cariche elettriche
di un
catione
e di un
anione
che instaurano tale genere di legame.
[1]
Alcuni autori riportano valori di differenza di elettronegativita
per i quali due elementi danno luogo ad un legame ionico, questi valori vanno da 1,7
[2]
[3]
(corrisponde a una percentuale di ionicita maggiore al 60%) a 2,0.
[4]
Tuttavia il discernimento tra legame ionico e covalente per alcuni composti non e netto, si hanno quindi legami covalenti con marcato carattere ionico (ad elevata
polarita
). Si definisce quindi la percentuale di carattere ionico di un legame chimico che puo essere dedotta a partire dai valori di elettronegativita degli elementi che partecipano al legame, attraverso la seguente relazione:
[5]
[6]
Nel legame ionico l'attrazione esercitata dal nucleo dell'atomo piu elettronegativo sull'altro atomo, meno elettronegativo, e cosi forte che la nuvola di carica elettronica puo considerarsi come spostata completamente sull'elemento piu elettronegativo.
L'
elettrone
dell'altro elemento, meno elettronegativo, viene strappato e un legame ionico e creato in seguito alla formazione di un catione e un anione. Il legame cosi creato e puramente elettrostatico dovuto all'attrazione reciproca (per la
legge di Coulomb
) dai due
ioni
di carica opposta.
A differenza del
legame covalente
che si produce lungo la direzione stabilita dagli
orbitali
di legame, il legame ionico non e direzionale.
L'attrazione tra
cariche
di segno opposto infatti, non si sviluppa in un'unica direzione ma agisce con ugual forza, in tutte le direzioni con simmetria sferica (a pari distanza).
In un legame ionico, il numero di ioni e detto '’
numero di coordinazione
’'.
Se si considerano gli ioni come delle sfere rigide, il calcolo dei numeri di coordinazione piu probabili e possibile grazie al rapporto tra i raggi
.
Nello schema che segue vi sono i tipi piu comuni di coordinazione con la simmetria spaziale formata dalle particelle, in funzione al suddetto rapporto raggio-catione/raggio-anione.
Si osservi che tale rapporto e sempre minore di
, essendo il catione di un atomo sempre minore dell'anione corrispondente.
Si deve tenere presente anche che la geometria trigonale e solo planare (cioe i 3 anioni e il catione centrale sono complanari).
Rapporto r
+
/ r
−
|
Numero di coordinazione
|
Geometria
|
>0,155
|
3
|
trigonale planare
|
>0,225
|
4
|
tetraedrica
|
>0,414
|
6
|
ottaedrica
|
>0,732
|
8
|
cubica a corpo centrato
|
Il legame ionico e tipico dei legami tra
metalli
e
non metalli
e si realizza con maggiore probabilita quando un atomo a bassa
energia di ionizzazione
si combina con un atomo ad alta
affinita elettronica
.
[7]
Nel reticolo cristallino vi sono forze, quindi energie, di attrazione e repulsione.
Ogni catione attrae a se ed e attratto dagli anioni.
L'energia di attrazione e negativa ed e calcolata con l'
energia di Coulomb
che varia per ogni coppia ione-anione in base a distanza, disposizione geometrica e numero di coordinazione.
Analogamente tra ioni di segno uguale viene a crearsi una repulsione elettrica. Anche per essa il valore varia a seconda di distanza, geometria ionica e numero di coordinazione.
L'energia di Madelung tiene conto di tutte queste interazioni tra ioni e rappresenta quindi una sommatoria di tutte le energie possibili.
Fissato uno ione di riferimento, si calcolano tutte le energie possibili ad esso legate.
Ogni addendo varia dall'altro per la distanza di legame, che per comodita esprimiamo in funzione della distanza iniziale
e per un fattore moltiplicativo che dice il numero di ioni coinvolti in quel processo energetico (a parte lo ione campione stesso).
Per capire ecco un esempio che inizia a calcolare l'energia in un cristallo di
salgemma
.
Fissato con
la prima distanza calcolata, le seguenti sono
La sommatoria e una sequenza di addendi alternativamente negativi (attrazione) e positivi (repulsione), di entita decrescente.
Se consideriamo solo il numero degli ioni coinvolti e il fattore moltiplicativo che esprime il raggio dell'interazione in funzione del primo raggio calcolato,
si ha una somma che converge a un valore, detto
costante di Madelung
, caratteristico proprio per geometria e coordinazione del
cristallo ionico
.
- I solidi ionici sono caratterizzati da forti legami di tipo ionico.
- Il solido ionico ha una struttura cristallina dalla geometria precisa che dipende dalle distanze di legame e dal
numero di coordinazione
. I nodi reticolari sono occupati da ioni positivi o negativi tra i quali viene esercitata la
forza di Coulomb
, si generano cosi dei legami ionici adirezionali.
I
legami covalenti
polari si dovrebbero considerare come ibridi con variabile carattere di legame covalente e ionico, con una tipologia di legame che puo essere piu o meno predominante sull'altra. D'altro canto molti legami ritenuti per semplicita ionici presentano una certa componente covalente.
Uno ione Na
+
risulta circondato e attratto da 6 ioni Cl
?
e viceversa, in una struttura detta
cristallina
. Anioni e cationi infatti si dispongono alternativamente in un reticolo cubico. Tale disposizione e detta cristallina perche macroscopicamente genera un
cristallo
, che riflette la geometria della struttura ionica.
Anche se la
molecola
di NaCl esiste allo
stato gassoso
, allo
stato solido
(fatto generale valido per tutti i composti ionici) “non esiste una molecola ionica”.
Quando si indica un composto ionico con una
formula
, quindi, non si vuol con essa descrivere una struttura molecolare autonoma ma soltanto il rapporto numerico esistente nel cristallo fra ioni positivi e ioni negativi. In pratica parlare di formula molecolare e abusato, mentre resta valido parlare di
formula minima
. Allo stesso modo sarebbe piu corretto riferirsi al
peso formula
piuttosto che al
peso molecolare
.
Nel nostro caso,
cloruro di sodio
, la formula NaCl indica che il rapporto tra le
moli
di
e
e
.
Altro esempio: il
cloruro di magnesio
,
indica che nel reticolato ionico gli ioni di
e
sono presenti nel rapporto di
.
- ^
(
EN
)
Ionic bond
, su
goldbook.iupac.org
, IUPAC Gold Book.
URL consultato il 7 febbraio 2015
.
- ^
Alberto Costanzo,
Esercitazioni di chimica. Compendio teorico ed esercizi di chimica per ingegneria
, 2ª ed., Esculapio, 2010, p.16,
ISBN
978-88-7488-377-6
.
- ^
Stefano Masiero,
Esercizi di Chimica 1
, Alpha Test, 2002, p.43,
ISBN
88-483-0281-5
.
- ^
Brian B. Laird,
Chimica generale
, McGraw-Hill.
- ^
Legame chimico
(
PDF
), su
scienze-como.uninsubria.it
,
Universita degli Studi dell'Insubria
.
URL consultato il 7 febbraio 2015
.
- ^
Callister
, p. 28
.
- ^
Rolla
, p. 68
.
- Luigi Rolla,
Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori
, 29ª ed., Dante Alighieri, 1987.
- (
EN
) William D. Callister,
Material Science and Engineering: An Introduction
, 5ª ed., John Wiley & Sons Inc, 1999,
ISBN
0-471-35243-8
.
- Ivano Bertini
e Fabrizio Mani,
Chimica inorganica
, Padova, CEDAM,
ISBN
88-13-16199-9
.