Il legame ionico e la formazione di cationi e anioni: ripasso di chimica

In chimica quando parliamo di legame, intendiamo le forze che tengono insieme degli atomi adiacenti.
Quando tra due atomi avviene una reazione chimica, i loro elettroni di valenza si organizzano in
maniera che una forza attrattiva netta – un legame chimico – si eserciti tra gli atomi ⚛️
Ci sono tre tipi di legame: ionico, covalente e metallico.

Capire come si formano i legami e quali sono le loro proprietà ti aiuta a studiare la chimica a un livello più avanzato e ad affrontare le domande sull’argomento con più sicurezza, anche nel caso del test di ammissione 🧪

Quello ionico è un tipo di legame chimico che si forma tra due atomi quando uno o più elettroni vengono trasferiti da un atomo all’altro.
Tale processo porta alla formazione di ioni: atomi o molecole che hanno una carica elettrica netta a causa della perdita o dell’acquisizione di particelle a carica negativa ⚡️

Nei prossimi scroll approfondiamo cos’è e come si forma il legame ionico e vediamo alcuni esempi ed esercizi pratici ✍️

I legami chimici e la regola dell’ottetto

Nel 1916 il chimico statunitense G.B. Lewis formulò un modello capace di dare una spiegazione all’esistenza delle molecole. Secondo Lewis, gli atomi possono raggiungere la configurazione
stabile tipica di un gas nobile sia scambiandosi elettroni, sia condividendoli 🤝

Gli elettroni presenti in un atomo possono essere divisi in due gruppi:

• elettroni di valenza – determinano le proprietà chimiche dell’atomo ⚗️
• elettroni interni – non sono coinvolti nel legame e nelle reazioni chimiche 😴

Lewis introdusse una maniera utile per descrivere gli elettroni nel guscio di valenza di un atomo.

I primi quattro elettroni di valenza, rappresentati da puntini, sono posti uno alla volta attorno al simbolo atomico. Se ci sono altri elettroni di valenza, questi vengono appaiati a quelli già presenti.
Tale configurazione comprende complessivamente otto elettroni, viene chiamata ottetto ed è particolarmente stabile 🗿

La regola dell’ottetto dice che, quando un atomo si combina con altri, raggiunge il massimo di stabilità scambiando o condividendo elettroni, in modo da conseguire una configurazione elettronica esterna a otto elettroni (o a due elettroni, nell’idrogeno) simile a quella del gas nobile più vicino nella tavola periodica 🧑‍🔬

Che cos’è un legame ionico?

Tenendo presente la regola dell’ottetto, il legame ionico è quel legame chimico che si forma quando uno o più elettroni di valenza si trasferiscono da un atomo all’altro, creando ioni positivi e negativi.

Per la creazione di un legame ionico saranno preferiti gli elementi che si trasformano più facilmente in ioni:

• elementi metallici del I, II e III gruppo che, avendo pochi elettroni, tendono a perderli diventando ioni positivi ➕
  Il catione che si forma ha la configurazione del gas nobile che lo precede, per esempio il sodio Na [1s² 2s² 2p⁶ 3s] diventa Na+ [1s² 2s² 2p⁶], che è la configurazione del Neon 🪫
• elementi non metallici del VI e VII gruppo che, avendone molti, tendono ad acquistarli diventando ioni negativi ➖
  L’anione che si forma ha la configurazione del gas nobile che lo segue, per esempio il cloro Cl {[Ne] 3s² 3p⁵｝diventa Cl- {[Ne] 3s² 3p⁶｝che è la configurazione dell’Argon 🔋

Tra cationi e anioni si crea attrazione elettrostatica e si forma un composto ionico ⚗️

Come capire se un legame è ionico?

L’attrazione tra gli ioni è regolata dalla Legge di Coulomb, la quale stabilisce che la forza tra due cariche elettriche è direttamente proporzionale al prodotto delle loro cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra di loro.

In pratica vuol dire che gli ioni di carica opposta si attraggono con una forza che dipende da quanto sono carichi e da quanto sono vicini 📏

I composti ionici sono generalmente solidi a temperatura ambiente e molti si dissolvono in acqua, separando gli ioni e rendendo la soluzione conduttiva.
Ciò massimizza l’attrazione elettrostatica e minimizza la repulsione tra atomi e particelle, dando a ogni composto:

• Una struttura cristallina ordinata – l’attrazione tra le cariche di segno opposto si sviluppa uniformemente in ogni direzione all’interno del reticolo ⚡️
• Dei punti di fusione ed ebollizione elevati a testimonianza della forza dei legami ionici 💪

Un esempio del tipico composto ionico è il cloruro di sodio (NaCl), ovvero il sale da cucina.

In esso, il sodio (Na), un metallo del I gruppo, ha un solo elettrone di valenza che tende a cedere, mentre il cloro (Cl), un non metallo del VII gruppo, ha sette elettroni di valenza e tende ad accoglierne uno per raggiungere la configurazione elettronica stabile di un gas nobile ⚛️

Quando il sodio cede il suo elettrone al cloro, il sodio diventa un catione Na+ e il cloro diventa un anione Cl-.

Questi ioni opposti si attraggono elettrostaticamente formando il cloruro di sodio solido, che ha una struttura cristallina caratteristica e un alto punto di fusione, dimostrando le classiche proprietà dei composti ionici 🧂

Come si forma un legame ionico

Per formare un legame ionico, di solito serve una differenza di elettronegatività piuttosto elevata, tra 1.7 e 1.9 sulla scala di Pauling 📊

L’elettronegatività è una misura di quanto fortemente un atomo attrae gli elettroni in un legame. Nei legami ionici, generalmente si ha un atomo con bassa elettronegatività (che cede facilmente elettroni) e un atomo con alta elettronegatività (che attrae elettroni) ⚡️

Questa differenza porta al trasferimento di elettroni dall’atomo meno elettronegativo a quello più elettronegativo, formando ioni positivi (cationi) e negativi (anioni). Infatti, un atomo deve essere abbastanza “egoista” da strappare via un elettrone a un altro atomo, creando così un catione (positivo) e un anione (negativo) 🥷

L’attrazione insieme alla dimensione e alla carica degli ioni influenzano il modo in cui le particelle si organizzano nel reticolo cristallino. Ioni più piccoli o più carichi possono permettere un numero di coordinazione più elevato, poiché possono avvicinarsi di più tra loro senza causare repulsione eccessiva 🤏

Un alto numero di coordinazione generalmente indica una maggiore stabilità del reticolo cristallino, poiché ci sono più interazioni attrattive che contribuiscono alla coesione del composto. Questo numero rappresenta il numero di ioni negativi che circonda uno ione positivo e viceversa ⚛️

Per esempio, nel cloruro di sodio NaCl ogni ione di sodio è circondato da sei ioni di cloruro e viceversa 📚

Differenza di legame: ionico o covalente?

Come abbiamo visto il legame ionico è un fenomeno complesso che coinvolge l’interazione tra cariche elettriche, differenze di elettronegatività e la formazione di strutture cristalline stabili.
Differisce significativamente dal legame covalente per natura e proprietà, giocando un ruolo cruciale in molteplici aspetti della chimica e della fisica dei materiali 🧑‍🔬

Il legame covalente, al contrario del legame ionico, si instaura quando due atomi mettono in condivisione una o più coppie di elettroni di valenza, in modo tale che ciascuno degli atomi che partecipa al legame raggiunga l’ottetto.

Inoltre, il legame covalente si instaura tra atomi con differenza di elettronegatività < 1,9 perché gli atomi condividono elettroni piuttosto che scambiarli 🔗
Questa condivisione porta alla formazione di molecole con proprietà diverse rispetto ai composti ionici.

I composti covalenti possono esistere in vari stati fisici (solidi, liquidi, gas) a temperatura ambiente e hanno punti di fusione e di ebollizione più bassi rispetto ai composti ionici 📉
Inoltre a differenza di questi ultimi, che conducono elettricità quando sciolti o fusi, i composti covalenti generalmente non conducono elettricità, a meno che non siano ionizzati in soluzione 🧪

Per esempio due atomi di cloro condividono una coppia di elettroni, un elettrone da ogni atomo, per formare un legame covalente. La condivisione di elettroni crea una forte attrazione tra gli atomi, ma senza la formazione di ioni come nel caso del legame ionico ⚡️

I legami chimici e le forze intermolecolari

Comprendere le caratteristiche di un legame ionico è fondamentale per poter studiare chimica.
Questo tipo di legame, caratterizzato dalla trasmissione di elettroni tra atomi con notevole differenza di elettronegatività, costituisce la base per comprendere sia la struttura e le proprietà dei composti ionici, sia i principi fondamentali dell’interazione chimica ⚛️

Le proprietà uniche dei composti ionici, come i loro alti punti di fusione e di ebollizione, la loro solubilità in acqua e la loro capacità di condurre elettricità in soluzione, sono tutte conseguenze dirette della natura dei legami ionici.

Se devi sostenere il test di ammissione, ti consigliamo di sviluppare una profonda comprensione di come e perché gli atomi formano legami ionici. La conoscenza dell’argomento ti aiuterà a rispondere correttamente alle domande del test e ti fornirà anche una base solida per i tuoi studi futuri.

Se durante lo studio ti sorgono dubbi o domande, non esitare a chiedere spiegazioni o consigli.

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