3.3: Formule dei composti ionici

Abbiamo già incontrato alcune formule chimiche di composti ionici semplici. Una formula chimica è una lista concisa degli elementi in un composto e i rapporti di questi elementi. Per capire meglio cosa significa una formula chimica, dobbiamo considerare come un composto ionico è costruito dai suoi ioni.

I composti ionici esistono come ioni positivi e negativi alternati in matrici regolari e tridimensionali chiamate cristalli (Figura \(\PageIndex{1}}). Come potete vedere, non ci sono singole “particelle” di NaCl nella matrice; invece, c’è un reticolo continuo di ioni di sodio e cloruro alternati. Tuttavia, possiamo usare il rapporto tra ioni sodio e ioni cloruro, espresso nei numeri interi più bassi possibili, come un modo per descrivere il composto. Nel caso del cloruro di sodio, il rapporto tra ioni sodio e ioni cloruro, espresso in numeri interi più bassi, è 1:1, quindi usiamo NaCl (un simbolo Na e un simbolo Cl) per rappresentare il composto. Così, NaCl è la formula chimica per il cloruro di sodio, che è un modo conciso di descrivere il numero relativo di ioni diversi nel composto. Un campione macroscopico è composto da miriadi di coppie NaCl; ogni coppia è chiamata unità di formula. Anche se è conveniente pensare che i cristalli di NaCl siano composti da singole unità di NaCl, la figura \PageIndex{1} mostra che nessun singolo ione è associato esclusivamente a qualsiasi altro singolo ione. Ogni ione è circondato da ioni di carica opposta.

La formula di un composto ionico segue diverse convenzioni. Primo, il catione è scritto prima dell’anione. Poiché la maggior parte dei metalli forma cationi e la maggior parte dei non metalli forma anioni, le formule tipicamente elencano prima il metallo e poi il non metallo. In secondo luogo, le cariche non sono scritte in una formula. Ricordate che in un composto ionico, le specie componenti sono ioni, non atomi neutri, anche se la formula non contiene cariche. Infine, la formula corretta per un composto ionico obbedisce sempre alla seguente regola: la carica positiva totale deve essere uguale alla carica negativa totale. Per determinare la formula corretta di qualsiasi combinazione di ioni, determinare quanti di ogni ione sono necessari per bilanciare il totale delle cariche positive e negative nel composto.

Questa regola si basa in definitiva sul fatto che la materia è, nel complesso, elettricamente neutra.

Se guardiamo il composto ionico formato da ioni litio e ioni bromuro, vediamo che lo ione litio ha una carica 1+ e lo ione bromuro ha una carica 1-. Solo uno ione di ciascuno è necessario per bilanciare queste cariche. La formula del bromuro di litio è LiBr.

Quando un composto ionico è formato da magnesio e ossigeno, lo ione di magnesio ha una carica 2+ e l’atomo di ossigeno ha una carica 2-. Anche se entrambi questi ioni hanno cariche più alte degli ioni nel bromuro di litio, si bilanciano comunque in un rapporto uno a uno. Pertanto, la formula corretta per questo composto ionico è MgO.

Pensiamo ora al composto ionico formato da magnesio e cloro. Uno ione di magnesio ha una carica 2+, mentre uno ione di cloro ha una carica 1:

Mg2+ Cl-

La combinazione di uno ione di ciascuno non bilancia completamente le cariche positive e negative. Il modo più semplice per bilanciare queste cariche è assumere la presenza di due ioni cloruro per ogni ione di magnesio:

Mg2+ Cl- Cl-

Ora le cariche positive e negative sono bilanciate. Potremmo scrivere la formula chimica per questo composto ionico come MgClCl, ma la convenzione è di usare un pedice numerico quando c’è più di uno ione di un dato tipo-MgCl2. Questa formula chimica dice che ci sono uno ione magnesio e due ioni cloruro in questa formula. (Non leggere la parte “Cl2” della formula come una molecola del cloro elementare biatomico. Il cloro non esiste come elemento biatomico in questo composto. Piuttosto, esiste come due ioni cloruro individuali). Per convenzione, nelle formule dei composti ionici si usa il più basso rapporto di numeri interi. La formula Mg2Cl4 ha cariche bilanciate con gli ioni in un rapporto 1:2, ma non è il più basso rapporto di numeri interi.