Legami ionici

In un cristallo di sale ogni ione sodio ha esattamente sei ioni cloruro vicini, tutti a 282 pm.

Guarda i granelli di sale da cucina con una lente d'ingrandimento: molti sono minuscoli cubi. Quella forma è un indizio di ciò che succede all'interno. Il cloruro di sodio non è fatto di molecole separate. È una griglia tridimensionale regolare di ioni sodio e ioni cloruro, alternati in ogni direzione, e il cubo che vedi è quella griglia ripetuta molti milioni di volte.

Dare e prendere elettroni

Un atomo di sodio ha 11 elettroni disposti 2, 8, 1. Il suo unico elettrone esterno è trattenuto debolmente, quindi il sodio può perderlo e restare con il livello completo del neon. Con 11 protoni ma solo 10 elettroni diventa uno ione positivo, Na⁺. Un atomo di cloro ha 17 elettroni disposti 2, 8, 7, uno in meno di un livello completo. Prende un elettrone e diventa Cl⁻, con 18 elettroni come l'argon. L'elettronegatività del sodio è 0.93 e quella del cloro 3.16. Con un divario così ampio l'elettrone non viene condiviso: cambia proprietario.

Le cariche opposte si attraggono, e quell'attrazione è il legame ionico. Non ha una direzione precisa. Ogni Na⁺ attira tutti i Cl⁻ intorno a sé, e ogni Cl⁻ tutti i Na⁺. Il modo più stabile di impacchettarli è la disposizione del salgemma mostrata nel modello: ogni ione ha sei vicini di carica opposta, sopra, sotto, a sinistra, a destra, davanti e dietro, a 90° l'uno dall'altro. La distanza tra i centri vicini è 282 pm, metà dello spigolo di 564 pm del cubo che si ripete.

Scrivere la formula

Poiché non ci sono molecole separate, la formula di un composto ionico indica solo il rapporto tra gli ioni. NaCl significa un sodio per ogni cloro. Le cariche devono bilanciarsi a zero. Il magnesio forma Mg²⁺, quindi gli servono due ioni cloruro: MgCl₂. L'alluminio forma Al³⁺ e l'ossigeno forma O²⁻; i numeri interi più piccoli che bilanciano +3 e −2 sono due alluminio e tre ossigeno, Al₂O₃. I metalli del gruppo 1 formano ioni 1+, quelli del gruppo 2 ioni 2+, i non metalli del gruppo 17 ioni 1− e quelli del gruppo 16 ioni 2−.

Che cosa fa il legame ionico alle proprietà

Ogni ione è trattenuto da molti vicini, quindi separare il cristallo richiede molta energia. Il cloruro di sodio fonde a 801 °C, molto più caldo di un forno da cucina. Il sale solido non conduce l'elettricità, perché gli ioni sono bloccati al loro posto. Se lo fondi, o lo sciogli in acqua, gli ioni possono muoversi e il liquido conduce. I cristalli ionici sono anche fragili. Colpisci forte un cristallo di sale e uno strato scivola; all'improvviso cariche uguali si trovano faccia a faccia, si respingono, e il cristallo si spacca lungo una faccia piana.

Gli ioni non hanno la stessa dimensione degli atomi da cui vengono. Perdendo il livello esterno il sodio si riduce a un raggio ionico di circa 102 pm, mentre l'elettrone in più gonfia il cloruro fino a circa 181 pm. Nel modello compatto i grandi ioni cloruro verdi riempiono quasi tutto lo spazio e i piccoli ioni sodio viola stanno negli spazi tra loro.

Quando il sale si scioglie in acqua il reticolo si smonta uno ione alla volta. Le molecole d'acqua si affollano intorno a ogni ione: le estremità dell'ossigeno, leggermente negative, si rivolgono verso gli ioni Na⁺ e le estremità dell'idrogeno, leggermente positive, verso gli ioni Cl⁻. Circondati così, gli ioni si allontanano dal cristallo e si diffondono nell'acqua. Poiché gli ioni disciolti possono muoversi, l'acqua salata conduce l'elettricità, ed è uno dei motivi per cui apparecchi elettrici e acqua di mare sono un mix pericoloso. Vedrai perché le molecole d'acqua hanno estremità cariche nell'unità sulla polarità.