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L'approccio di Kossel-Lewis e il legame ionico

Gli atomi si legano per avere un guscio esterno stabile di 8 elettroni (un ottetto), come un gas nobile. Kossel disse che gli atomi possono cedere o prendere elettroni e formare ioni (legame ionico). Lewis disse che gli atomi possono anche condividere coppie di elettroni (legame covalente). Le strutture di Lewis mostrano questi elettroni con punti e trattini. La carica formale (V − L − B/2) aiuta a scegliere la struttura di Lewis migliore. Gli ioni si dispongono in un cristallo e l'energia liberata è legata all'entalpia reticolare.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Ecco un atomo di sodio e uno di cloro. Na ha 1 elettrone nel guscio esterno. Cl ne ha 7. Tutti e due starebbero meglio con 8.
  2. Na cede il suo unico elettrone a Cl. Na diventa Na⁺ e Cl diventa Cl⁻. Ora entrambi hanno il guscio esterno pieno con 8 elettroni. Le cariche opposte li attirano: è un legame ionico.
  3. Due atomi di Cl sono uguali, quindi nessuno dei due regala un elettrone. Ognuno mette un elettrone e se lo dividono in coppia. Questa coppia condivisa è un legame covalente.
  4. Nell'ozono, O₃, calcoliamo la carica formale di ogni O con V − L − B/2. L'O centrale ha +1 e un O di estremità ha −1. Le cariche sommate fanno zero.
  5. Ora tanti ioni Na⁺ e Cl⁻ si dispongono alternati e formano un cristallo. Si libera molta energia. Per questo i solidi ionici sono così stabili.
  6. Tocca a te: scegli un metallo e un non metallo. Guarda quanti elettroni si spostano e leggi la formula e l'entalpia reticolare.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Perché gli atomi vogliono 8 elettroni?

Otto elettroni esterni (s² p⁶) riempiono gli orbitali s e p di un guscio. Questa disposizione ha bassa energia, ed è per questo che i gas nobili reagiscono pochissimo. Il legame abbassa l'energia per raggiungerla.

Perché Na cede e Cl prende, e non il contrario?

Na perde 1 elettrone facilmente (bassa entalpia di ionizzazione). Cl attira con forza 1 elettrone in più (grande entalpia di affinità elettronica negativa). Invertire costerebbe molta più energia.

Perché due atomi di Cl condividono invece di trasferire?

Hanno la stessa forza di attrazione sugli elettroni. Nessuno dei due può strappare un elettrone all'altro, quindi arrivano a 8 condividendo una coppia.

La carica formale è la carica reale dell'atomo?

No. Suppone una condivisione perfettamente uguale. È uno strumento per scegliere la migliore struttura di Lewis. Le vere cariche parziali dipendono dall'elettronegatività.

Perché MgO è molto più difficile da fondere di NaCl?

I suoi ioni hanno cariche 2+ e 2− e sono piccoli, quindi l'attrazione e l'entalpia reticolare sono circa cinque volte più grandi. Prova MgO nel passo libero.

Da dove viene l'energia se formare gli ioni costa energia?

Dalla disposizione degli ioni nel reticolo. Il passo 4 lo mostra: l'energia liberata dal reticolo (788 kJ mol⁻¹) supera il costo di fare gli ioni.

Perché gli atomi si legano? La regola dell'ottetto

I gas nobili come neon e argon reagiscono pochissimo. Il loro guscio esterno ha 8 elettroni (l'elio ne ha 2). Nel 1916 Kossel e Lewis dissero che gli altri atomi si legano per raggiungere la stessa configurazione stabile. Questa è la regola dell'ottetto: gli atomi perdono, acquistano o condividono elettroni finché il guscio esterno ne ha 8.

Gli elettroni del guscio esterno si chiamano elettroni di valenza. Solo loro partecipano al legame.

Limiti della regola dell'ottetto

Simboli di Lewis e strutture di Lewis

Un simbolo di Lewis è il simbolo dell'elemento con i suoi elettroni di valenza disegnati come punti: Na ha 1 punto, C ne ha 4, N ne ha 5, O ne ha 6, Cl ne ha 7.

Una struttura di Lewis mostra come una molecola condivide gli elettroni. Una coppia condivisa si disegna come un trattino (legame singolo). Due coppie condivise = legame doppio. Tre = legame triplo. Le coppie non condivise sono coppie solitarie.

Come disegnarla (5 passi)

  1. Somma tutti gli elettroni di valenza. Aggiungi uno per ogni carica negativa; togline uno per ogni carica positiva.
  2. Scegli l'atomo centrale: di solito il meno elettronegativo (mai H).
  3. Collega ogni atomo esterno al centro con un legame singolo (2 elettroni ciascuno).
  4. Metti gli elettroni rimasti come coppie solitarie prima sugli atomi esterni, poi sul centro.
  5. Se il centro non arriva ancora a 8, trasforma una coppia solitaria di un atomo esterno in un legame doppio o triplo.

Esempio CO₂: 4 + 6 + 6 = 16 elettroni. O=C=O con due coppie solitarie su ogni O. Ogni atomo ha 8.

Carica formale

A volte sono possibili più strutture di Lewis. La carica formale aiuta a scegliere la migliore. È la carica che un atomo avrebbe se ogni coppia condivisa fosse divisa in parti uguali.

Carica formale = V − L − B/2, dove V = elettroni di valenza dell'atomo libero, L = elettroni nelle coppie solitarie di quell'atomo, B = elettroni nei legami attorno a quell'atomo.

Regole: la struttura migliore ha le cariche formali più piccole; una carica formale negativa deve stare sull'atomo più elettronegativo; tutte le cariche formali devono sommarsi alla carica della molecola o dello ione.

La carica formale è solo uno strumento di conteggio. Non è la carica reale dell'atomo.

Legame ionico ed entalpia reticolare

Un legame ionico (elettrovalente) si forma quando un atomo di metallo cede elettroni a un atomo di non metallo e gli ioni si attraggono. Si forma facilmente quando:

Fare Na⁺ da Na in realtà costa energia (+496 kJ mol⁻¹), e Cl → Cl⁻ ne restituisce solo 349 kJ mol⁻¹. Allora perché si forma NaCl? Perché disporre gli ioni in un cristallo libera un'enorme quantità di energia.

L'entalpia reticolare è l'energia necessaria per separare completamente 1 mol di un composto ionico solido nei suoi ioni gassosi. Per NaCl vale +788 kJ mol⁻¹. Più è grande, più il solido è stabile. È maggiore quando gli ioni sono piccoli e molto carichi: MgO (≈ 3890) è molto sopra NaCl (788).

Elettrovalenza

Il numero di elettroni che un atomo cede o prende è la sua elettrovalenza: Na = 1, Mg = 2, O = 2, Cl = 1.

Prova tu: costruisci gli ioni con le monete

Disegna un cerchio grande per Na con 1 moneta sul bordo e un cerchio per Cl con 7 monete. Sposta la moneta di Na su Cl. Conta: ora Cl ne ha 8. Adesso prova Mg (2 monete) con due cerchi di Cl: ogni Cl prende 1 moneta, quindi la formula è MgCl₂. Controlla la risposta nel passo finale libero del 3D.

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Scrivi i simboli di Lewis di N, O e Cl e dì quanti elettroni servono a ciascuno per l'ottetto.

Passo 1: N ha 5 elettroni di valenza, O ne ha 6, Cl ne ha 7. Passo 2: Servono 8 − valenza: N ne vuole 3, O ne vuole 2, Cl ne vuole 1. Risposta: N (5 punti, ne servono 3), O (6 punti, ne servono 2), Cl (7 punti, ne serve 1).

2. Disegna la struttura di Lewis di H₂O.

Passo 1: Elettroni = 1 + 1 + 6 = 8. Passo 2: O è al centro. Due legami O–H usano 4 elettroni. Passo 3: ne restano 4 → 2 coppie solitarie su O. Passo 4: O ha 2 legami + 2 coppie solitarie = 8. Ogni H ha 2. Risposta: H–O–H con due coppie solitarie su O.

3. Disegna la struttura di Lewis dello ione nitrato NO₃⁻ e trova il totale degli elettroni.

Passo 1: 5 + 3 × 6 + 1 = 24 elettroni. Passo 2: N al centro con tre legami singoli N–O (6 usati), ne restano 18. Passo 3: Dai a ogni O tre coppie solitarie (18 usati). N ne ha solo 6. Passo 4: Trasforma una coppia solitaria di un O in un legame doppio: un N=O e due N–O. Risposta: 24 elettroni; un N=O, due N–O⁻ (tre forme di risonanza equivalenti).

4. Trova la carica formale di ogni atomo di O₃ (O=O–O).

Passo 1: O di sinistra (legame doppio): V = 6, L = 4, B = 4 → 6 − 4 − 2 = 0. Passo 2: O centrale: V = 6, L = 2, B = 6 → 6 − 2 − 3 = +1. Passo 3: O di destra (legame singolo): V = 6, L = 6, B = 2 → 6 − 6 − 1 = −1. Passo 4: Verifica: 0 + 1 − 1 = 0 = carica di O₃. ✓

5. Trova la carica formale di N in NH₄⁺.

Passo 1: N ha V = 5. Passo 2: Nessuna coppia solitaria, L = 0. Quattro legami N–H, B = 8. Passo 3: CF = 5 − 0 − 8/2 = +1. Passo 4: Ogni H: 1 − 0 − 1 = 0. Totale = +1 = carica dello ione. ✓

6. Quale struttura di Lewis di CO₂ è migliore: O=C=O oppure O≡C–O? Usa la carica formale.

Passo 1: O=C=O: ogni O: 6 − 4 − 2 = 0; C: 4 − 0 − 4 = 0. Tutte zero. Passo 2: O≡C–O: O con legame triplo: 6 − 2 − 3 = +1; C: 0; O con legame singolo: 6 − 6 − 1 = −1. Passo 3: Vincono le cariche formali più piccole. Risposta: O=C=O è la struttura migliore.

7. Metti in ordine crescente di entalpia reticolare NaCl, MgO e KCl e spiega.

Passo 1: MgO ha ioni con carica 2+ e 2−; gli altri hanno 1+ e 1−. Carica maggiore → entalpia reticolare molto più grande. Passo 2: K⁺ è più grande di Na⁺. Ione più grande → ioni più lontani → entalpia reticolare minore. Risposta: KCl (717) < NaCl (788) < MgO (≈ 3890 kJ mol⁻¹).

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. La regola dell'ottetto dice che gli atomi tendono ad avere quanti elettroni nel guscio esterno?
2. Carica formale =
3. Quale molecola ha un ottetto incompleto sull'atomo centrale?
4. Quale ha l'entalpia reticolare più alta?
5. Un legame ionico si forma facilmente tra atomi con:

Esercizi: rispondi da solo

Scrivi o scegli la risposta, poi premi Controlla. Usa un suggerimento se sei bloccato; la soluzione completa appare dopo la tua risposta.

Domande frequenti

Che cos'è l'approccio di Kossel-Lewis?

È l'idea del 1916 secondo cui gli atomi si legano per raggiungere un ottetto simile a quello di un gas nobile. Kossel spiegò i legami ionici (trasferimento di elettroni); Lewis spiegò i legami covalenti (condivisione di elettroni) e disegnò gli elettroni come punti.

Qual è la formula della carica formale?

Carica formale = V − L − B/2: elettroni di valenza meno elettroni delle coppie solitarie meno metà degli elettroni di legame attorno all'atomo.

Perché l'entalpia reticolare è importante?

Dice con quanta forza gli ioni sono tenuti nel cristallo. Una grande entalpia reticolare spiega perché i composti ionici si formano anche se fare gli ioni costa energia, e perché hanno punti di fusione alti.

Dove si studia

Canada (Ontario)Grade 11B. Matter, Chemical Trends, and Chemical Bonding
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªChemistry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªChemistry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªChemistry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªChemistry
NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Substances and materials
NetherlandsVWO 4 (bovenbouw, 2e fase)Substances and materials
RomaniaClasa a IX-aChemical bonds
RomaniaClasa a IX-aChemical bonds
RomaniaClasa a IX-aChemical bonds
RomaniaClasa a IX-aChemical bonds
Spain2º ESOMatter
Spain3º ESOMatter
Spain4º ESOMatter
Spain1º BachilleratoChemical bonding and structure of matter
Ukraine11 класChemical bonding and structure
CBSE (India)Class 11Chemical Bonding and Molecular Structure
England (GCSE, A level)Year 123.1 Physical chemistry
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Matter
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Atomic Structure and Properties
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Compound Structure and Properties
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Chemical Reactions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Structure and properties of matter
Japan高校1年Composition of substances
South Korea고등학교 1학년Matter and regularity
South Korea고등학교 2학년Structure and properties of matter
South Korea고등학교 3학년Bonding and molecules
FrancePremièreMatter and its changes
FrancePremièrePhysics-chemistry: Constitution of matter
Russia11 классTheoretical foundations of chemistry
Russia11 классTheoretical foundations of chemistry
China高一Ch.4 Structure and periodic law

Da studiare prima

Da studiare dopo