Concetti Chiave
- Le interazioni ione-dipolo si verificano tra ioni e molecole polari, giocando un ruolo cruciale nella solubilità delle sostanze ioniche in acqua attraverso il processo di idratazione.
- Il numero di molecole d'acqua legate a uno ione dipende dalla sua carica e dimensione: cariche maggiori e dimensioni più piccole aumentano il numero di molecole legate.
- Le interazioni indotte coinvolgono la formazione di dipoli indotti in molecole apolari da parte di ioni, con energie di interazione relativamente basse.
- La polarizzabilità è la capacità di una nuvola elettronica di deformarsi sotto un campo elettrico, aumentando con il numero atomico e la dimensione della nuvola elettronica.
- I cationi tendono ad essere meno polarizzabili rispetto agli atomi neutri, mentre gli anioni mostrano una maggiore polarizzabilità rispetto agli atomi neutri.
Che cosa sono le interazioni ione-dipolo?
Sono interazioni che vengono a crearsi tra uno ione e una molecola polare (quindi un dipolo). Questo legame intermolecolare è all'origine della solubilità delle sostanze ioniche in acqua: nella cosiddetta idratazione il catione attrae l’estremità negativa dei dipoli dell’acqua, l’anione l’estremità positiva. Il numero di molecole di acqua legate, denominato numero di idratazione dello ione, è direttamente proporzionale alla carica dello ione e inversamente proporzionale alla sua dimensione. L’energia dell’interazione, solitamente compresa tra 40 e 600 Kj/mol, aumenta al crescere della carica ionica e al diminuire del raggio ionico. Ioni piccoli come Li+, Na+, F-, OH- sono capaci di legare anche 15-20 molecole di acqua nella sfera di idratazione.
Questa tipologia di interazione oltre a spiegare la solvatazione (solubilità di Sali in solventi polari come l’acqua) spiega anche la presenza di ioni idrati nei minerali.
Interazioni indotte e polarizzabilità
Sono interazioni che vengono a formarsi quando uno ione induce la formazione di un dipolo non permanente (indotto) in una molecola normalmente apolare. L’energia dell’interazione è bassa, va da 3 a 15 Kj/mol. Questa interazione spiega la piccola solubilità in solventi apolari e la fissazione reversibile dell’O2 sullo ione Fe2+ dell’emoglobina.
La capacità della nuvola elettronica di un atomo o molecola di essere distorta da un campo elettrico è detta polarizzabilità (la polarizzabilità quindi è la tendenza alla separazione di cariche che può avvenire in una molecola). La polarizzabilità aumenta all'aumentare del numero atomico, ovvero all'aumentare della dimensione della nuvola elettronica, la quale, più sarà distante dal nucleo, meno sarà attratta da esso.
I cationi sono meno polarizzabili degli atomi neutri, mentre gli anioni sono più polarizzabili degli atomi neutri.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo delle interazioni ione-dipolo nella solubilità delle sostanze ioniche in acqua?
- Come si definisce la polarizzabilità e quali fattori la influenzano?
- Qual è la differenza di polarizzabilità tra cationi, anioni e atomi neutri?
Le interazioni ione-dipolo sono fondamentali per la solubilità delle sostanze ioniche in acqua, poiché il catione attrae l'estremità negativa dei dipoli dell'acqua e l'anione l'estremità positiva, formando una sfera di idratazione che dipende dalla carica e dalla dimensione dello ione.
La polarizzabilità è la capacità della nuvola elettronica di un atomo o molecola di essere distorta da un campo elettrico. Essa aumenta con il numero atomico e la dimensione della nuvola elettronica, risultando in una minore attrazione da parte del nucleo.
I cationi sono meno polarizzabili degli atomi neutri, mentre gli anioni presentano una maggiore polarizzabilità rispetto agli atomi neutri, a causa della loro carica negativa che facilita la distorsione della nuvola elettronica.
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