Il legame ionico è il tipo di legame che si
realizza quando un atomo di un elemento fortemente elettropositivo (e quindi
caratterizzato da una bassa energia di ionizzazione cioè un metallo) si combina
con un atomo di un elemento fortemente elettronegativo (e quindi caratterizzato
da una elevata affinità elettronica cioè un mon metallo).
Consideriamo un atomo di sodio ed uno di cloro
isolati allo stato gassoso, a grande distanza l’uno dall’altro. L’atomo di
sodio ha nella sua configurazione elettronica un nocciolo interno completo
(saturo) corrispondente alla configurazione tipica del neon, e un elettrone
nell’orbitale 3s molto esterno: perdendo questo elettrone, l’atomo di sodio si
trasforma in uno ione positivo Na+ (ione sodio), isoelettronico con
l’atomo di neon, cioè avente la stessa configurazione elettronica, e perciò
particolarmente stabile. D’altra parte l’atomo di cloro ha una configurazione
elettronica a cui manca un solo elettrone per essere uguale a quella dell’argon
che lo segue nella classificazione periodica: acquistando un elettrone in più
l’atomo di cloro si trasforma in uno ione negativo Cl- (ione
cloruro), isoelettronico con l’argon, e perciò caratterizzato da una
particolare stabilità. La tendenza degli atomi di sodio e di cloro a
trasformarsi rispettivamente in ioni Na+
e Cl- si rispecchia nel basso valore dell’energia di ionizzazione
del primo (tendenza a perdere elettroni) e nell’alto valore dell’affinità
elettronica del secondo(tendenza ad acquistare elettroni).
Immaginiamo che un atomo di sodio venga in contatto
con un atomo di cloro: data la tendenza a trasformarsi nel modo che si è detto,
l’atomo di sodio tenderà a trasferire il proprio elettrone di valenza
all’atomo di cloro, così che i due atomi si trasformeranno nei due ioni Na+
e Cl-i quali, avendo cariche di segno opposto, si attrarranno l’un
l’altro e si legheranno insieme realizzando il legame di tipo ionico.
Facendo uso dei simboli di Lewis, possiamo indicare
schematicamente questo processo così
Na +
Cl -> Na+ +
Cl - -> NaCl
Come
è già noto la massima carica positiva che un atomo può assumere è uguale al
numero dei suoi elettroni di valenza e la massima carica negativa è uguale al
numero di elettroni mancanti al raggiungimento della configurazione esterna ad
ottetto s2p6 del gas nobile.
Il
numero di elettroni che un atomo perde o acquista, trasformandosi in ione
positivo o negativo rispettivamente, definisce quella che viene chiamata VALENZA
IONICA. La valenza ionica rappresenta la capacità di combinazione fra gli
atomi mediante trasferimento di elettroni, trasferimento che si attua dagli
ioni metallici (fortemente elettropositivi) a quelli non metallici (fortemente
elettronegativi).
Esempio1:
Li +
H -> Li+ + H- -> LiH
L’atomo di litio raggiunge
l’ottetto perdendo un solo elettrone, quello dell’idrogeno deve acquistarne
uno, quindi il rapporto tra gli atomi di litio e idrogeno è di 1 a 1;
Esempio2:
Ca + O -> Ca2+ + O 2-
-> CaO
Poiché l’atomo di calcio
raggiunge l’ottetto perdendo due elettroni e l’ossigeno ne può acquistare due,
il rapporto tra gli atomi calcio e ossigeno è di 1 a 1;
Esempio 3:
Mg +
2 Cl -> Mg2+ + 2 Cl - -> MgCl2
Poiché l’atomo di Magnesio
raggiunge l’ottetto perdendo due elettroni e quello di cloro ne deve acquistare
uno solo, il rapporto tra gli atomi di magnesio e cloro è di 1 a 2;
Esempio 4:
Al + 3
F -> Al3+ + 3
F - -> AlF3
Poiché l’atomo di alluminio
raggiunge l’ottetto perdendo tre elettroni e il fluoro ne deve acquistarne uno,
il rapporto tra gli atomi di alluminio e fluoro è di 1 a 3;
Esempio 5:
3 Mg + 2 N -> 3 Mg2+ + 2
N 3- -> Mg3N2
Poiché l’atomo di Magnesio
raggiunge l’ottetto perdendo due elettroni e quello di azoto ne deve
acquistarne tre, il rapporto tra gli atomi di magnesio e azoto è di 3 a 2.
In
un composto ionico, allo stato solido, non è possibile individuare nella
struttura delle singole molecole (intendendo per molecola una unità formata da
un numero limitato di atomi), infatti uno ione qualunque non si accompagna
esclusivamente con un determinato ione di segno opposto, l’intera struttura è
formata da un grandissimo numero di ioni positivi e negativi, i quali sono
presenti in un ben preciso rapporto numerico tale che il composto nel complesso
risulti elettricamente neutro; la formula NaCl (FORMULA MINIMA) che
rappresenta il cloruro di sodio allo stato solido ci indica semplicemente che
nel composto gli ioni Na+ e Cl- sono presenti nel rapporto
numerico di uno ione Na+ per uno ione Cl- (molecole del
tipo Na+Cl- possono esistere solo allo stato di vapore).
Ogni cristallo ionico è quindi un insieme (aggregato) regolare di ioni positivi
e negativi vicini gli uni agli altri, distribuiti, nello spazio, secondo una
struttura geometrica ben precisa, detta RETICOLO CRISTALLINO.
In
questa specie di edificio architettonico ciascuno ione è circondato alla stessa
distanza da un definito numero di ioni
di segno opposto, tale numero è detto NUMERO DI COORDINAZIONE dello ione
considerato.
I
numeri di coordinazioni più comuni sono 8 (coordinazione cubica), 6
(coordinazione ottaedrica), 4 (coordinazione tetraedrica).
In
un composto come il NaCl il numero di
cooordinazione è lo stesso per entrambi gli ioni ed è di tipo ottaedrico, uno
ione Na+ si trova al centro di un ottaedro regolare ai cui vertici
sono sistemati gli ioni Cl- e viceversa.
La
struttura del cristallo di NaCl è:
