Negli articoli dedicati abbiamo parlato di cosa sono gli ioni e il perchè si formano, è arrivato il momento di far combinare tra di loro gli ioni per ottenere così dei composti. Descriveremo cosa sono e quali sono le proprietà dei composti ionici.
INTRODUZIONE
Il nome “composto ionico” non lascia tanto spazio alla fantasia e si capisce subito che stiamo parlando di un composto che nasce da un’interazione attrattiva tra miliardi di coppie di ioni.
Per composti ionici intendiamo quindi tutti quei composti formati da Cationi e Anioni legati tra di loro tramite forze elettrostatiche.
Nell’articolo dedicato agli ioni abbiamo visto che tutti gli elementi, esclusi i Gas Nobili, riescono a formare ioni, c’è quindi da aspettarsi un grandissimo numero di composti ionici visto che abbiamo moltissimi cationi e anioni diversi, siamo monoatomici sia poliatomici.
Se poi teniamo conto anche dei composti ionici che possono essere creati a partire da composti organici il numero totale si moltiplica a dismisura. Capiamo quindi l’importanza di trattare questa classe di composti.
Prima di continuare è utile avere presente il seguente concetto. In Chimica si sente spesso parlare di composti ionici i quali sono formati dall’interazione di ioni tramite forze elettrostatiche, si tende perciò a semplificare molto il discorso e nella concezione di chi si è da poco addentrato nella materia si rischia di immaginarsi il tutto come delle semplici palline che si attraggono e basta. Come dico ormai in quasi ogni articolo la realtà è molto più complessa di quello che noi vorremmo e anche i composti ionici non sfuggono a tale destino.
La spiegazione usando come esempio delle palline cariche che interagiscono e basta è molto facile da capire e spiegare ma è carente in un dettaglio, nella realtà non esiste un legame ionico “puro” dove è presente solo un’interazione elettrostatica e basta. In tutti i composti esiste una % di legame ionico e una % di legame covalente, queste % dipendono dalla natura degli ioni coinvolti. Per argomento è stato trattato meglio nell’articolo “i sali“.
Per fare un esempio veloce si prenda come esempio il bromuro di potassio (KBr), questo composto è formato da ioni K+ e ioni Br–, dai calcoli si trova che questo composto ha un carattere ionico del 75% circa, il resto è dovuto a un contributo covalente al legame.
Riassumendo velocemente diciamo che nessun composto ionico presenta legami ionici al 100% e quindi nessun composto ionico è del tutto ionico al 100%. Quelli che noi chiamiamo composti ionici sono composti che hanno un’alta % di legame ionico.
SOLIDI E LIQUIDI
Abbiamo detto che un composto ionico è costituito da milioni di cationi e anioni che interagiscono, sicuramente a chi è un po’ pratico con la Chimica sarà subito venuto in mente la parola Sale. Ecco, i sali sono i protagonisti di questo articolo.
Partiamo con il dire che nella stragrande maggioranza dei casi i composti ionici si ritrovano sotto forma di sali.
Possiamo ora porci 2 domande.
- Quali sono le caratteristiche di un sale?
- Esistono quindi composti ionici non salini? Quali sono e come si chiamano?
Andiamo con ordine e rispondiamo alla prima domanda.
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Chiunque nella vita quotidiana ha sentito parlare di sali, comunemente il sale da cucina, il cloruro di sodio (NaCl), lo chiamiamo semplicemente Sale. Prendiamo per esempio proprio il cloruro di sodio e analizziamo un po’.
Questo composto si presenza innanzitutto come un solido e resta tale fino a una temperatura di circa 800 °C, una temperatura abbastanza elevata. Se ci immaginiamo di ingrandire sempre di più un granello di sale arriviamo a un certo punto dove sarà possibile vedere gli ioni che costituiscono il composto, i cationi Sodio (Na+) e gli anioni Cloruro (Cl–) i quali sono disposti secondo un ordine ben preciso a creare quello che noi chiamiamo reticolo cristallino. Un’altra caratteristica dei sali è quella di essere molto fragili, quindi sensibili agli urti, immaginatevi di avere un grosso cristallo di NaCl e di farlo cadere a terra, si frantuma come un vetro.
Analizzeremo poi i sali in maniera più approfondita in un articolo dedicato, per ora ci importa sapere quelle poche cose che abbiamo detto per separare i sali dagli altri composti ionici.
I sali quindi possiedono le seguenti proprietà:
- sono formati da ioni
- gli ioni sono disposti secondo un ordine preciso
- sono solidi
- hanno temperatura di fusione ed ebollizione elevate
- sono fragili
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Oltre ai sali esiste un’altra classe di composti ionici che chiameremo “liquidi ionici“.
Tra i composti ionici i sali rappresentano più del 90% del totale e quindi generalmente le parole sale e composto ionici si intercambiano senza tenere conto della parte “liquida” dei composti ionici.
Per chi è abituato all’analogia sale = composto ionici sentir parlare appunto di liquidi ionici risulta essere strano visto che per noi i sali sono sempre solidi. Anche la definizioni superficiale di legame ionico induce il lettore ad associare i composti che presentano questo legame sotto forma di composti solidi, data la forza molto elevata di tale legame.
Risolto quindi il fatto che i composti formati da ioni possono anche presentarsi in forma liquida è utile vedere quali sono le differenze con i sali.
I liquidi ionici presentano temperature di fusione bassa, generalmente entro i 100°C e punti di evaporazione elevati, ovviamente non sono fragili nella loro forma liquida e un’altra ovvietà è che sono composti da ioni. In questo caso è più difficile riuscire a trovare una precisa disposizione degli ioni perchè non esiste un vero e proprio reticolo cristallino. Una proprietà molto importante associata a questi composti è quella di poter condurre la corrente elettrica.
Rimando all’articolo dedicato per avere più dettagli sui “Liquidi Ionici“.
CARATTERISTICHE GENERALI
Vediamo ora quali sono le caratteristiche associate ai composti ionici.
Le caratteristiche derivano principalmente dalla fatto che il composto è costituito da ioni e che esiste un legame ionico tra cationi e anioni.
Il legame ionico altro non è che un‘interazione elettrostatica, repulsiva e attrattiva, tra gli ioni. Questo tipo di interazione è generalmente molto forte e quando gli ioni si sistemano in modo da massimizzare le attrazione e minimizzare le repulsioni si ottiene un fortissimo legame tra i vari ioni di segno opposto.
Questo porta a 2 conseguenze fondamentali:
- I composti ionici sono sempre solidi tranne rari casi, in questi casi la natura dei cationi e anioni è particolare e le forze di attrazione tra gli ioni non sono tante elevate, si parla di liquidi ionici.
- Ogni composto ionico deve avere una stechiometria ben definita perchè è necessario avere l‘elettroneutralità del composto. In pratica la somma delle cariche (+) e (-) deve fare sempre 0.
Queste sono le caratteristiche principali dei composti ionici, abbiamo visto prima brevemente quali sono le caratteristiche associate ai 2 gruppi.
In soldoni quello che ci permette di distinguere i compisti ionici nelle 2 categorie viste prima altro non è che la temperatura di fusione (Tf). Nessuno ci vieta di prendere del NaCl e fonderlo a più di 800 °C e ottenere così il sale liquido, si parlerebbe quindi di liquido ionico. Così facendo otteniamo sì la forma liquida di un sale ma non avrebbe nessuna utilità pratica visto che è difficilissimo maneggiare così alte temperature. D’altro canto possiamo raffreddare un liquido ionico fino a farlo diventare solido e ottenere così un sale.
La distinzione nasce e serve solo per noi umani che lavoriamo in un intervallo di temperature molto ristretto e ci conviene distinguere i composti ionici in 2 gruppi perchè ogni gruppo ha le sue particolati caratteristiche che in certi contesti possono essere utili.
I GAS IONICI?!
Ora arriva la domandona che molti di voi si saranno posti, ma quindi esistono anche i “gas ionici”?
La risposta in questo caso non è proprio banale. Se prendiamo per esempio il cloruro di alluminio (AlCl3) questo a temperatura ambiente è un sale formato idealmente da ioni Al3+ e Cl– (qui la % di legame ionico non supera il 50%). Questo sale ha un punto di ebollizione non troppo elevato ed è quindi possibile farlo passare nella fase gassosa. Come si presenta questo sale in fase gassosa?
Per arrivare alla fase gassosa è necessario che si spezzino tutte le interazioni tra gli ioni vicini e così facendo il reticolo cristallino viene meno. A questo punto possiamo immaginarci che le singole molecole di AlCl3 che complessivamente sono neutre possano andarsene tranquillamente da sole in giro. In realtà si forma un dimero, cioè 2 molecole di AlCl3 interagiscono tra di loro per fare origine a una molecole unica, Al2Cl6.
In questo caso risulta difficile attribuire un carattere ionico a tale molecola visto che già prima il solido, il quale era circondato dagli altri ioni, non aveva un carattere ionico molto elevato. In questo caso siccome la molecole esiste ed è stabile ci si può immaginare che non siano presenti cariche isolate e che quindi il tutto è tenuto insieme principalmente tramite legami covalenti e solo in maniera marginale da un contributo ionico.
Esistono altri esempi di tale tipi di composti ionici che in forma gassosa tendono a dare origine ad agglomerati di 2\3\4 o più molecole perdendo così le proprietà ioniche e diventando molecole individuali a tutti gli effetti. Alcuni composti ionici riescono ad andare in fase gassosa mentre altri no, i composti ionici organici per esempio subiscono decomposizione e “bruciano” prima di diventare gas e si perde quindi la natura del composto.
Per molti composti ionici ancora non sappiamo bene cosa succede agli ioni quando si cerca di portali in fase gas viste le temperature proibitive per poter condurre gli esperimenti. Alcuni ioni a temperature così elevate potrebbero riformare gli elementi di partenza.
Se proprio vogliamo avere degli ioni in una fase gassosa possiamo sempre ricorrere al Plasma ma in questo caso non si parla più di composti ma addirittura di un altro stato della materia.
