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1 IL LEGAME IONICO 1

2 Il legame ionico Descrizione generale La formazione di NaCl La valenza ionica L energia reticolare: definizione e esempio di calcolo Proprietà dei solidi ionici Il legame ionico si realizza quando un atomo di un elemento fortemente elettropositivo si combina con un atomo di un elemento fortemente elettronegativo Attrazione elettrostatica fra ioni di carica opposta 2

3 Requisiti per la formazione del legame ionico M M n+ + n e - X + n e - X n- Cede elettroni M bassa energia di ionizzazione X elevata affinità elettronica Acquista elettroni Periodo Periodo Gruppo Gruppo La maggior parte dei composti ionici è costituita da alogenuri, ossidi e solfuri di metalli dei gruppi I, II e III e di alcuni metalli di transizione 3

4 Il legame ionico Teoria di Lewis: atomi di diversi elementi si combinano tra loro per raggiungere le configurazioni elettroniche a guscio chiuso dei gas nobili 11 Na 17 Cl Na cede un elettrone a Cl 10 elettroni 18 elettroni Analisi strutturale ai raggi X di NaCl (densità elettronica) 4

5 Il legame ionico Na: [Ne]3s 1 Cl: [Ne]3s 2 3p 5 : [Ne] : [Ne]3s 2 3p 6 = [Ar] Trasferimento di carica fra gli atomi è completo Na Cl [Na] + Cl - 5

6 La valenza ionica Come regola generale, valida per gli elementi rappresentativi, la massima carica positiva che un atomo può assumere in un composto ionico è uguale al numero dei suoi e - di valenza e la massima carica negativa è uguale al numero di e - mancanti al raggiungimento della configurazione del gas nobile successivo. Questo concetto definisce la valenza ionica di un atomo, cioè il numero di elettroni che un atomo perde o acquista, trasformandosi in uno ione positivo o negativo ed è espressa, in valore e segno, dalla carica dello ione considerato. +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 6

7 La valenza ionica 7

8 NaCl solido L energia reticolare (E 0 ) di un solido ionico corrisponde all energia che viene liberata nel processo di formazione del reticolo cristallino solido a partire dagli ioni isolati allo stato gassoso. (g) + (g) NaCl (s) 8

9 Il ciclo di Born-Haber Formazione di 1 mole di NaCl cristallino Na (s) + 1 / 2 Cl 2(g) NaCl (s) Na (s) Na (g) E 1 = E subl = 108 KJ/mol 1 / 2 Cl 2(g) Cl (g) E 2 = 1 / 2 E D(Cl-Cl) = 121 KJ/mol Na (g) (g)+ e - Cl (g) + e - (g) (g) + (g) NaCl (s) E 3 = E ion = 496 KJ/mol E 4 = E a.e. = -349 KJ/mol E 5 = E ret = E 0 = -787 KJ/mol Na (s) + 1 / 2 Cl 2(g) NaCl (s) E 1 + E 2 + E 3 + E 4 + E 5 = E form = KJ/mol 9

10 Il ciclo di Born-Haber-formazione NaCl E E 3 E 4 E 2 E 1 Cl Cl + ( g ) ( g ) ( s) ( g ) ( g ) ( g ) Cl Cl 2( g ) 2( g ) E f Na + Na E o Cl + ( g ) ( g ) ( g ) + Cl NaCl (s) E 1 = kj/mol E 2 = kj/mol E 3 = kj/mol E 4 = kj/mol E o =??? kj/mol E o E f = kj/mol = kj/mol 10

11 NaCl 2??? Non esiste! Na (s) Na (g) Cl 2(g) 2 Cl (g) Na (g) (g) + e - (g) Na 2+ (g) + e - E 1 = E subl = 109 kj/mol E 2 = E D(Cl-Cl) = 247 kj/mol E 3 = E ion = 497 kj/mol E 4 = E ion = 4561 kj/mol 2 Cl (g) + 2 e - 2 (g) E 5 = 2 E a.e. = -698 kj/mol Na 2+ (g) + 2 (g) NaCl 2(s) E 6 = E ret = kj/mol Na (s) + Cl 2(g) NaCl 2(s) E 1 + E 2 + E 3 + E 4 + E 5 + E 6 = E form = 2558 kj/mol 11

12 E 0 + N MZ Z e = 4πε r 2 A 1 Tipo di reticolo Carica degli ioni Calcolo di Eo (eq. Born-Landé) L energia reticolare, oltre che attraverso il ciclo di Born-Haber può essere calcolata mediante l equazione di Born-Landè: o o 1 n N A = n Avogadro M= costante di Madelung, f(natura reticolo cristallino) Z + Z cariche degli ioni e= carica dell elttrone ε o =costante dieletrica nel vuoto r o = distanza internucleare tra due ioni contigui di carica diversa n=coeff. determinabile sperimentalmente A parità di parametri geometrici, maggiore è la carica degli ioni, maggiore sarà il valore di E o 12

13 Energia reticolare E ret = E M + E R + E L E M : Energia di Madelung E R : Energia di repulsione fra le nuvole elettroniche E L : Energia di London Il valore dell energia di Madelung, che costituisce il termine preponderante dell energia reticolare, viene calcolato considerando le interazioni elettrostatiche tra gli ioni costituenti il cristallo. L energia di repulsione interelettronica equivale circa al 10-15% dell energia di Madelung. 13

14 Energia di interazione di London rappresenta l energia associata alle forze di London, le quali 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 a E R. E M = - α q 1 q 2 / r 0 (E M ) NaCl = -α e 2 /r 0 = KJ mol -1 α NaCl = 1,75 (E R ) NaCl = 104 KJ mol -1 (E L ) NaCl = - 20 KJ mol -1 (E ret ) NaCl = = -787 KJ mol -1 14

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