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Chimica per il liceo/I legami: differenze tra le versioni

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Una molecola viene definita '''polare''' quando, a causa di una distribuzione complessiva non simmetrica degli elettroni, presenta due distinti poli -uno positivo e uno negativo- e costituisce pertanto un dipolo elettrico. A loro volta, {{Colore di sfondo|#feffaa|''le sostanze che sono costituite da molecole polari sono definite sostanze polari''}}. Un esempio significativo di molecola polare è rappresentato dall'acqua (H<sub>2</sub>O): come già osservato, il legame tra ossigeno e idrogeno è polarizzato. Inoltre, tale molecola ha la forma di una V, con un angolo di legame di 104,5°. Da ciò deriva una distribuzione asimmetrica della carica elettrica che porta a distinguere due poli, come già mostrato nella Figura 12.
[[File:Carbon dioxide structure.png|miniatura|191x191px|'''Figura 14.''' La simmetria della molecola di anidride carbonica (CO<sub>2</sub>) fa sì che questo composto sia apolare, nonostante che il legame C-O sia polarizzato. ]]
Una molecola viene invece definita '''apolare''' quando, a causa di una distribuzione complessiva simmetrica degli elettroni, non presenta due distinti poli. A loro volta, {{Colore di sfondo|#feffaa|''le sostanze che sono costituite da molecole apolari sono definite sostanze apolari''}}. Le sostanze elementari sono tutte apolari, poiché tra atomi uguali, la cui differenza di elettronegatività è nulla, si formano sempre legami covalenti puri. Nel caso dei composti, che per definizione sono costituiti da almeno due elementi differenti, invece, la geometria molecolare gioca un ruolo fondamentale: molecole simmetriche risultano apolari, anche se sono presenti legami polarizzati. Ne è un esempio la molecola di anidride carbonica (CO<sub>2</sub>), più correttamente chiamata diossido di carbonio, in cui, pur essendo presenti due doppi legami polarizzati (la differenza di elettronegatività tra carbonio e ossigeno è pari a 0,9), non si osserva alcuna polarità complessiva, a causa della sua simmetria: gli atomi che formano tale molecola sono allineati e il carbonio si trova in posizione centrale, facendo sì che le polarizzazioni di ciascun legame si annullino, come mostrato in figura 14.
 
Esistono, infine, molecole complesse formate da un elevato numero di atomi in cui si possono distinguere porzioni polari e porzioni apolari, come ad esempio l'1-pentanolo (CH<sub>3</sub>－CH<sub>2</sub>－CH<sub>2</sub>－CH<sub>2</sub>－CH<sub>2</sub>－OH), mostrato in figura 15.
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Quando si forma il legame ionico, l’elettrone (o gli elettroni) passano dall'atomo dell’elemento meno elettronegativo, che diventa pertanto un catione, a quello più elettronegativo, che diventa pertanto un anione. [[File:NaF.gif|miniatura|431x431px|'''Figura 17.''' Il trasferimento di elettroni tra sodio (Na) e fluoro (F) come esempio di formazione del legame ionico.]]Il comune sale da cucina (figura 16), chiamato più propriamente dai chimici cloruro di sodio, è formato da ioni sodio (Na<sup>+</sup>) e cloruro (Cl<sup>−</sup>) tenuti assieme da legami ionici. Al cloro (elettronegatività = 3,16) manca un solo elettrone per completare l’ottetto (si trova infatti nel gruppo 17 e ha pertanto sette elettroni di valenza), mentre il sodio (elettronegatività = 0,93), che si trova nel gruppo 1, possiede un solo elettrone nel livello elettronico più esterno, pertanto quest'ultimo cede il suo unico elettrone di valenza al cloro: in questo modo il sodio diventa lo ione positivo (catione) Na<sup>+</sup> e raggiunge la configurazione elettronica stabile del gas nobile che lo precede nella tavola periodica, il neon, mentre il cloro diventa lo ione negativo (anione) Cl<sup>−</sup> e raggiunge raggiunge la configurazione elettronica stabile del gas nobile che lo segue nella tavola periodica, l’argon.
 
L'animazione in figura 17 mostrata la formazione del fluorofluoruro di sodio (NaF), un sale simile al precedente, in cui al posto del cloro è presente il fluoro, che appartiene sempre al gruppo 17 (alogeni). Lo scambio di elettroni avviene con la stessa modalità precedentemente descritta. Fra gli ioni di carica opposta che si sono così formati si instaura una reciproca attrazione elettrostatica, che è alla base del legame ionico.
 
=== I composti ionici ===
[[File:Sodium-chloride-3D-ionic.png|sinistra|miniatura|286x286px|'''Figura 18.''' Struttura cristallina del cloruro di sodio (NaCl).]]
L’interazione elettrostatica tra gli ioni non è localizzata e direzionale, come nel caso del legame covalente, ma si esercita in tutte le direzioni dello spazio,. questoQuesto fa sì che ogni ione si circondi di più ioni di carica elettrica opposta: ogni anione si circonda di più cationi e contemporaneamente ogni catione si circonda di più anioni, dando in questo modo origine a una struttura tridimensionale altamente ordinata detta '''reticolo cristallino''', che caratterizza i '''composti ionici'''.
 
Riprendendo l’esempio del cloruro di sodio, ogni ione sodio, Na<sup>+</sup>, è circondato da sei ioni cloruro, Cl<sup>−</sup>, e, a sua volta, ogni ione Cl<sup>−</sup> è circondato da sei ioni Na<sup>+</sup>. In pratica, ogni ione di una determinata carica si trova idealmente al centro di un cubo circondato dagli ioni di carica opposta, con cui interagisce direttamente, che si trovano al centro di ciascuna delle sei facce del cubo, come mostrato in figura 18.
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Tutti i composti ionici sono caratterizzati da un reticolo cristallino, ma la sua struttura geometrica non è necessariamente sempre la stessa: il numero e la disposizione spaziale degli ioni che costituiscono il reticolo cristallino dipende dalle loro caratteristiche chimiche e fisiche, come, ad esempio, le loro dimensioni e la loro carica.
 
I composti ionici, a differenza di quelli covalenti, non sono costituiti da molecole ben definite che interagiscono tra loro, ma da un insieme di ioni di cariche opposte distribuiti in modo ordinato nello spazio, in una struttura geometrica che, almeno virtualmentepotenzialmente, potrebbe svilupparsi illimitatamente. Ne deriva che la formula dei composti ionici non indica la composizione di una molecola, ma il ''rapporto di combinazione minimo'' tra gli ioni di segno opposto, in modo tale che il composto risulti nel complesso elettricamente neutro. Ad esempio, nel cloruro di sodio il rapporto tra cationi Na<sup>+</sup> e anioni Cl<sup>−</sup> è pari a 1 : 1 in quanto ogni carica positiva del sodio è neutralizzata da una carica negativa del cloro, analogamente nel solfuro di calcio (CaS) il rapporto tra cationi e anioni è sempre 1 : 1 in quanto entrambi gli ioni hanno due cariche elettriche ciascuno (Ca<sup>2+</sup> e S<sup>2−</sup>); prendendo invece in considerazione il cloruro di calcio (CaCl<sub>2</sub>) il rapporto di combinazione tra i cationi Ca<sup>2+</sup> e gli anioni Cl<sup>−</sup> è 1 : 2, poiché per neutralizzare le due cariche positive del calcio sono necessari due ioni cloruro, avendo ciascuno una sola carica positiva; nel caso del solfuro di sodio (Na<sub>2</sub>S) invece il rapporto di combinazione tra i cationi Na<sup>+</sup> e gli anioni S<sup>2−</sup> è 2 : 1, poiché sono necessari due ioni sodio per neutralizzare le due cariche negative dello ione solfuro.
 
Dall'analisi degli esempi precedenti si può infine osservare che:
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