Legame ionico

E E E

ret M R L

E E E

con energia di Madelung, energia di repulsione ed energia di interazione di

M R L

London

L’energia di repulsione e l’energia di interazione di London (attiva solo quando i due atomi sono molto

vicini) contribuiscono in maniera minima all’energia reticolare

ENERGIA DI MADELUNG

Il valore dell’energia di Madelung costituisce il termine preponderante dell’energia reticolare e viene

calcolata considerando le iterazioni elettrostatiche tra gli ioni costituenti il cristallo (legge di Coulomb)

2

⋅ ⋅e

Z Z

1 2

=−⍺⋅

E M r 0 Z

con ⍺ costante di Madelung (dipende solo dalla geometria del reticolo cristallino), e

1

Z r

e

valori assoluti delle cariche degli ioni, carica dell’elettrone e distanza internucleare

2 0

dei due ioni

Se l’energia di Madelung è molto alta, e di conseguenza anche l’energia reticolare, il composto avrà

caratteristiche fisiche (es punto di fusione) con valori molto elevati

ENERGIA DI REPULSIONE

In genere il valore assoluto dell’energia di repulsione equivale al 10-15% dell’energia di Madelung

ENERGIA DI INTERAZIONE DI LONDON

Rappresenta l’energia associata alle forze di London, che sono attive a distanze ridottissime e

sono dovute al movimento dei nuclei e delle nuvole elettroniche attorno alle loro posizioni di equilibrio.

L’energia che deriva da queste forze, di tipo attrattivo, è inferiore in valore assoluto anche all’energia

di repulsione

CALCOLO DELL’ENERGIA RETICOLARE Q

−¿

+¿ × r 0

Q ¿

≅−⍺ ¿

E ret

+¿−¿ r

con carica anione/catione e distanza fra gli ioni

Q 0

¿

LiF ha energia reticolare e punto di fusione maggiori rispetto a LiCl nonostante F e Cl siano entrambi

del VII gruppo. Questo perché

scendendo nel gruppo, aumenta la

r

dimensione atomica: Cl ha 0

maggiore e quindi energia reticolare

minore 2

LEGAME IONICO

VALENZA IONICA: REGOLE GENERALI

La massima carica positiva che un atomo può assumere in un composto ionico è uguale al

numero dei suoi elettroni di valenza. La massima carica negativa è uguale al numero di elettroni

mancanti al raggiungimento della configurazione del gas nobile successivo

+3 Al, Fe, Cr

● +2 Mg, Ca, Ba, Sr, Sn, Pb, Cr, Mn, Fe, Ni,

● Cu, Zn, Hg

+1 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag, Hg

● -1 F, Cl, Br, I

● -2 O, S

● -3 N, P

●

Cloruro di magnesio

−¿ ¿

+¿ C l (MgCl) non esiste

¿

M g

−¿ ¿

2+¿ C l (MgCl ) è una struttura cristallina

2

¿

M g

stabile

E dipende dalle cariche degli ioni , aumentando in valore assoluto con il loro prodotto. Quindi,

ret

compatibilmente con gli altri fattori energetici in gioco, ogni atomo in un composto ionico tende a

originare lo ione con la carica più elevata possibile

PROPRIETÀ DEI COMPOSTI IONICI

alte temperature di fusione ed ebollizione → legame forte, atomi legati in maniera

● molto stabile

danno origine a solidi cristallini

● sono ben solubili in solventi polari

● sono insolubili in solventi apolari

● sono isolanti allo stato solido

● sono conduttori allo stato fuso

● sono duri, ma fragili

●

SOLIDI IONICI

Sono rappresentabili con strutture compatte in cui gli anioni si dispongono in modo da occupare lo

spazio nel modo più efficiente. I cationi si dispongono negli interstizi del reticolo formato dagli anioni,

+¿ −¿

occupando siti di coordinazione diversa a seconda del rapporto tra i raggi ionici: /

¿ ¿

r r 3

LEGAME IONICO

La disposizione ordinata dei cationi e degli anioni

dipende anche dal bilanciamento delle cariche per

garantire l’elettro-neutralità del cristallo → non a

caso, ma geometrie definite → geometrie definite

ma molto diverse

I cristalli ionici sono caratterizzati da alte temperature di

fusione ed ebollizione (es NaF, NaCl, NaBr, NaI, CaO)

La solubilità in acqua dei composti ionici deriva da:

- alto valore della costante dielettrica dell’acqua

- solvatazione degli ioni delle molecole polari

dell’acqua ⋅q

q

1 1 2

⋅ ⋅

F=cos t 2

ε r

F forza di Coulomb

La capacità di condurre corrente elettrica solo allo stato fuso è dovuta al fatto che il reticolo cristallino

si è dissolto e gli ioni sono liberi di muoversi

I solidi ionici sono fragili e non sono deformabili. Si comportano come il vetro: si possono rompere,

ma non modellare. La deformazione provoca uno slittamento dei piani reticolari e porta a contatto ioni

della stessa carica. Le forze di coesione fra i piani vengono sostituite da un’energica repulsione

coulombiana che provoca la frattura del cristallo

ESERCIZI

1) Indicare la carica più probabile degli ioni derivante dai seguenti elementi

a) Ba

b) Na

c) Br

d) Al

2) Indicare quale tra le seguenti coppie di ioni manifesta maggiore energia reticolare (attrazione

elettrostatica) in un composto solido:

a) K O

2

b) Ga O

2

c) CaO 3

d) MgS

e) MgSe

f) MgO

3) Spiegare perché l’energia reticolare del LiCl (861 kJ/mol) è maggiore di quella del RbCl (696

kJ/mol) 4

LEGAME IONICO

4) Scrivere la formula del composto ottenuto combinando:

a) Ba e O

b) Na e S

c) Ca e Cl

d) Ga e S

e) K e S

1) Indicare la carica più probabile degli ioni derivante dai seguenti elementi

a) Ba 2+¿

[Xe ] 2

Ba → (tende a perdere entrambi gli elettroni)

2 s ¿

B a

b) Na +¿

1 →

Na[Ne]3 s ¿

N a

c) Br −¿

2 10 5 →

[ ]4

Br Ar s 3 d 4 p ¿

Br

d) Al 3+¿

2 1 →

[

Al Ne]3 s 3 p ¿

Al

2) Indicare quale tra le seguenti coppie di ioni manifesta maggiore energia reticolare (attrazione

elettrostatica) in un composto solido:

a) K O

2

2−¿

¿

+¿ O

¿

2 K

b) Ga O

2 3

2−¿ ¿

3+¿ 3 O

¿

2 Ga

c) CaO

2−¿ ¿

2+¿ O

¿

C a

Potassio, Gallio e Calcio sono tutti elementi del 4°periodo: il Ga ha le dimensioni minori e la

carica maggiore

d) MgS

2−¿ ¿

2+¿ S

¿

M g

e) MgSe

2−¿ ¿

2+¿ S e

¿

M g 5