chimica organica, inorganica, ambientale, ecc.

12.12.99


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Raffaele Severino chiede:

Spesso i libri di chimica per le scuole superiori non chiariscono bene la differenza tra il legame ionico e quello covalente. In HCl l'atomo di idrogeno e quello di cloro sono legati in modo covalente (polare), eppure l'acido cloridrico in acqua si dissocia in H+ e Cl- e conduce l'elettricità come le specie ioniche...
Più in generale, gli acidi sono composti ionici come le basi ? Qual è la differenza tra ionizzazione e dissociazione elettrolitica ?

(risponde Fabio De Ros)


 

Il carattere dei legami non è quasi mai nettamente definito, ma di sicuro è rilevante l’ambiente in cui si trovano.

Innanzi, credo che sia utile ricordare fondamentalmente cosa sono i legami ionici e covalenti.

Il legame ionico si stabilisce fra almeno due atomi di elementi diversi mediante trasferimento di elettroni, nel senso che un atomo cede uno o più elettroni di valenza ad un altro atomo (maggiormente elettrofilo) che li acquista. Per il completo spostamento degli elettroni interessati dal legame si ha formazione di ioni carichi rispettivamente di elettricità positiva (cationi) o negativa (anioni), entrambi assumono la configurazione elettronica esterna uguale a quella di un gas nobile. Per esempio, la formazione del composto ionico cloruro di sodio avviene perché il sodio (Z=11 appartiene al primo gruppo della tavola periodica) perdendo l’unico elettrone di valenza, quello sull’orbitale atomico 3s, diventa un catione sodio di configurazione elettronica esterna di tipo ottenziale come quella di un gas nobile (Neon). A sua volta il cloro acquistando l’elettrone cedutogli dall’atomo di sodio, diventa un anione cloridrico di configurazione elettronica esterna di tipo ottenziale come quella di un gas nobile (Argo). E utile sapere che il cloruro di sodio si comporta da composto ionico anche puro, infatti, fuso è dissociato in ioni ed è un conduttore di elettricità (è infatti possibile fare la sua elettrolisi).

Diversamente, per assumere la configurazione elettronica esterna uguale a quella di un gas nobile, e quindi la maggiore stabilità, gli atomi possono legarsi fra loro mettendo in compartecipazione gli elettroni di valenza, invece di trasferirli come nel caso del legame ionico.Questo è il legame covalente.

Il passaggio da legame ionico a quello covalente non avviene in modo netto ma progressivamente, in quasi tutte le molecole che presentano legame covalente esiste sempre una certa percentuale di legame ionico. Il legame covalente puro si ha nei casi in cui si vengono a legare atomi con la stessa affinità elettronica (stesso valore d’elettronegatività) come nel caso dell’idrogeno gassoso. In tutti gli altri casi si ha formazione di legami polarizzati, e quindi di molecole parzialmente polarizzate. Consideriamo ora la formazione di una molecola di cloruro di idrogeno (o acido cloridrico) a partire da due atomi isolati di cloro e idrogeno. Se ciascun atomo mette in comune un elettrone di valenza, ed entrambi assumono la configurazione di un gas nobile, nonché la stabilità. A questo punto si può verificare che la molecola si comporta esattamente come dovrebbe (cioè formata da un legame covalente), infatti il cloruro di idrogeno puro e quindi gassoso, appena riceve un adeguata quantità di energia rompe il legame H----Cl e forma una coppia di radicali e non ioni. Più semplicemente l’acido cloridrico in ambiente anidro da reazioni di tipo radicalico dove gli ioni H+ e Cl- non hanno alcuna funzione e non sono presenti.

Allora perché l’acido cloridrico in acqua è un elettrolita forte ? perché conduce?


Tutto è dovuto alla capacità di solvatazione dell’acqua. La parziale polarizzazione della molecola viene incrementata dalle molecole di solvatazione, infatti due ioni come H+ e Cl- in acqua vengono attorniati da molecole di acqua. La dissoluzione di acido in acqua è una reazione esotermica (entalpia negativa) appunto perché si libera l’energia di solvatazione (si passa ad uno stato più stabile e gli ioni possono esistere). L’intorno in cui si trova una molecola influenza molto il suo comportamento, infatti, molti legami covalenti, aventi differenza d’elettronegatività relativamente bassa, si possono comportare da legami ionici.

La conduzione elettrica dell’acido in acqua non è dovuta solamente alla presenza degli ioni, ma anche al fatto che le molecole d’acqua che presentano un dipolo si dispongono in modo ordinato, ed uno ione H+ (che presenta una densa concentrazione di carica positiva) presente in tale ordine non è obbligato a spostarsi per trasportare la carica positiva, ma la può far migrare attraverso i dipoli raggiungendo un efficienza maggiore.


In generale sì, in acqua le basi sono elettroliti forti come gli acidi, a meno che non si sia in presenza di basi o acidi espressamente definiti deboli, e cioè che il loro comportamento in soluzione è vincolato da una costante di acidità o basicità. Comunque in entrambi i casi sono conduttori d’elettricità come gli ioni in acqua.

La teoria della dissociazione elettrolitica di Arrhenius distingue due categorie di sostanze: gli elettroliti, cioè tutte quelle sostanze che allo stato fuso o sciolte in un adatto solvente (acqua) sono capaci di condurre la corrente; i non elettroliti sostanze che non ne sono capaci.

Gli ioni che conducono l’elettricità possono preesistere nell’elettrolita (composti ionici) o si possono formare in seguito alla reazione del soluto con il solvente, per cui si scindono dei legami covalenti che tengono uniti gli atomi nella molecola di elettrolita. Le molecole di solvente s’interpongono tra gli ioni del soluto riducendo la forza attrattiva tra le cariche di segno opposto. Questo spiega perché gli ioni possono abbandonare il loro posto nel reticolo cristallino e passare in soluzione. Questo fenomeno e la solvatazione o idratazione nel caso dell’acqua. Il termine ionizzazione indica una generale reazione di formazione di ioni tra cui la dissociazione elettrolitica, ma anche la dissociazione per effetto di radiazioni ionizzanti (ecc..). Naturalmente possiamo usare “ionizzazione” per indicare una qualsiasi dissociazione elettrolitica, se siamo sicuri di capirci lo stesso, tant’è vero che si tratta di una convenzione ideata per ottenere la reciproca comprensione.