Esercizi: Legame ionico, covalente e metallico

Nel sale, nell'acqua e nel rame gli atomi sono uniti in tre modi diversi.

1. a) Descrivi che cosa accade agli elettroni di valenza nel legame ionico, nel covalente e nel metallico.
2. b) Usa i termini «trasferimento», «condivisione» e «delocalizzazione» nella tua risposta.
3. c) Associa ciascuna delle tre sostanze del testo al suo tipo di legame.

Il sale comune, $\text{NaCl}$, è formato da ioni ordinati in un cristallo.

1. a) Spiega che cosa accade agli elettroni di valenza del sodio e del cloro quando si forma il composto.
2. b) Quali particelle formano il sale e quale forza le tiene unite?
3. c) Disegna sul quaderno un pezzetto del reticolo cristallino alternando ioni $\text{Na}^{+}$ e $\text{Cl}^{-}$.

Puoi farlo su carta e inviare una foto con la tua risposta.

Una molecola d'acqua, $\text{H}_2\text{O}$, contiene un atomo di ossigeno legato a due atomi di idrogeno.

1. a) Che tipo di legame unisce l'ossigeno agli idrogeni?
2. b) Quanti legami ci sono nella molecola e quanti elettroni condivide in totale l'ossigeno?
3. c) Quanti elettroni mette in gioco ciascun atomo di idrogeno nel suo legame?

Un chiodo di ferro è un pezzo di metallo formato unicamente da atomi di $\text{Fe}$.

1. a) Spiega in che cosa consiste il «mare di elettroni» del legame metallico.
2. b) Che cosa significa che gli elettroni sono delocalizzati?
3. c) Se gli elettroni condivisi scomparissero, come interagirebbero tra loro i cationi di ferro? Spiega perché si dice che il mare di elettroni è la «colla» del metallo.

Classifica le seguenti sostanze in base al tipo di legame che predomina in esse, giustificando ogni risposta a partire dagli elementi che si combinano:

1. a) $\text{MgO}$, l'ossido di magnesio degli antiacidi.
2. b) $\text{CO}_2$, il gas delle bollicine delle bibite.
3. c) $\text{Cu}$, il metallo dei cavi.
4. d) $\text{NH}_3$, l'ammoniaca dei prodotti per la pulizia.
5. e) $\text{KBr}$, un sale usato in fotografia.
6. f) $\text{N}_2$, il gas più abbondante nell'aria.

Alcune sostanze formano reticoli cristallini e altre formano molecole.

1. a) Spiega la differenza tra le due strutture.
2. b) Fai un esempio di sostanza che forma un reticolo cristallino e uno di sostanza molecolare.
3. c) In quale dei due casi ha senso parlare di «una molecola» isolata? Motiva la risposta.

Il diamante è carbonio puro. In esso, ogni atomo di carbonio è legato ad altri quattro atomi di carbonio formando una struttura tridimensionale continua.

1. a) Che tipo di legame unisce tra loro gli atomi di carbonio?
2. b) Il diamante è una sostanza molecolare o un reticolo cristallino?
3. c) Quanti legami forma ogni atomo di carbonio?

L'elettronegatività misura la forza con cui un atomo attira a sé gli elettroni di un legame; i metalli hanno elettronegatività bassa e i non metalli alta.

1. a) Completa la regola pratica: metallo + non metallo → legame ...; non metallo + non metallo → legame ...; metallo + metallo → legame ....
2. b) Giustifica ogni caso pensando a chi «tira» di più gli elettroni.

L'ossido di magnesio, $\text{MgO}$, è il principio attivo di alcuni antiacidi gastrici. Dati: $Z(\text{Mg}) = 12$, $Z(\text{O}) = 8$.

1. a) Scrivi le configurazioni elettroniche degli atomi di magnesio e di ossigeno e quelle degli ioni che formano.
2. b) Spiega, a partire dalle cariche di questi ioni, perché la formula del composto è $\text{MgO}$ e non $\text{Mg}_2\text{O}$ né $\text{MgO}_2$.
3. c) Con quale gas nobile è isoelettronico ciascun ione?

Scrivi la formula del composto ionico che formano le seguenti coppie di ioni, sapendo che l'insieme deve essere elettricamente neutro:

1. a) $\text{Ca}^{2+}$ e $\text{Cl}^{-}$, il sale antighiaccio delle strade.
2. b) $\text{Al}^{3+}$ e $\text{O}^{2-}$, lo strato di ossido che protegge l'alluminio.
3. c) $\text{Na}^{+}$ e $\text{S}^{2-}$.

In ogni caso, indica quanti ioni di ciascun tipo servono e verifica che la carica totale sia zero.

L'anidride carbonica, $\text{CO}_2$, la espiriamo respirando e viene assorbita dalle piante. Dati: $Z(\text{C}) = 6$, $Z(\text{O}) = 8$.

1. a) Calcola il numero totale di elettroni di valenza della molecola.
2. b) Sapendo che il carbonio forma un doppio legame con ciascun ossigeno, disegna sul quaderno la struttura di Lewis della molecola.
3. c) Quanti doppietti di elettroni condivide il carbonio? Verifica che rispetta la regola dell'ottetto.

Puoi farlo su carta e inviare una foto con la tua risposta.

L'ammoniaca, $\text{NH}_3$, dà il suo odore caratteristico a molti detergenti. Dati: $Z(\text{N}) = 7$, $Z(\text{H}) = 1$.

1. a) Calcola il numero totale di elettroni di valenza della molecola.
2. b) Disegna sul quaderno la sua struttura di Lewis.
3. c) Quanti doppietti condivisi e quanti doppietti solitari presenta l'azoto?

Puoi farlo su carta e inviare una foto con la tua risposta.

Nessuno ha mai isolato «una molecola di sale»: il $\text{NaCl}$ forma un reticolo cristallino cubico in cui ogni ione è circondato da sei ioni di segno opposto.

1. a) Spiega perché, per i composti ionici, si parla di «unità formula» e non di molecola.
2. b) Che cosa rappresenta allora la formula $\text{NaCl}$?
3. c) Disegna sul quaderno uno strato del reticolo, alternando ioni $\text{Na}^{+}$ e $\text{Cl}^{-}$.

Puoi farlo su carta e inviare una foto con la tua risposta.

Classifica il legame di ciascuna sostanza e indica se forma molecole o reticolo cristallino, giustificandolo:

1. a) Il bronzo delle campane, una lega di rame e stagno.
2. b) La sabbia della spiaggia, $\text{SiO}_2$.
3. c) Il fluoruro di sodio dei dentifrici, $\text{NaF}$.
4. d) L'azoto dell'aria, $\text{N}_2$.
5. e) Il cloruro di calcio del sale antighiaccio, $\text{CaCl}_2$.

Con questi valori di elettronegatività: $\text{Na} = 0,9$, $\text{Cl} = 3,0$, $\text{H} = 2,1$, $\text{O} = 3,5$, $\text{C} = 2,5$ e $\text{Mg} = 1,2$; e la regola pratica per cui una differenza di elettronegatività $\Delta\text{EN} > 1,7$ corrisponde a un legame prevalentemente ionico. I valori di elettronegatività sono rappresentati su una scala nella figura.

1. a) Calcola $\Delta\text{EN}$ per i legami di $\text{NaCl}$, $\text{H}_2\text{O}$ (legame $\text{O}-\text{H}$), $\text{CO}_2$ (legame $\text{C}-\text{O}$) e $\text{MgO}$.
2. b) Classifica ciascun legame come prevalentemente ionico o covalente.
3. c) Spiega perché il legame $\text{O}-\text{H}$, pur essendo covalente, si dice «polare».

L'azoto presente nei sacchetti di patatine protegge l'alimento perché è un gas molto poco reattivo. Le molecole $\text{H}_2$, $\text{O}_2$ e $\text{N}_2$ hanno, rispettivamente, un legame semplice, uno doppio e uno triplo.

1. a) Disegna sul quaderno la struttura di Lewis delle tre molecole.
2. b) Quanti elettroni sono condivisi in ciascuna?
3. c) Spiega perché il triplo legame di $\text{N}_2$ lo rende un gas così inerte da essere usato come atmosfera protettiva.

Puoi farlo su carta e inviare una foto con la tua risposta.

Quando un nastro di magnesio brucia nell'aria non si forma solo $\text{MgO}$: compare anche il nitruro di magnesio, $\text{Mg}_3\text{N}_2$. Dati: $Z(\text{Mg}) = 12$, $Z(\text{N}) = 7$.

1. a) Scrivi le configurazioni elettroniche dei due atomi e degli ioni $\text{Mg}^{2+}$ e $\text{N}^{3-}$.
2. b) Giustifica la formula $\text{Mg}_3\text{N}_2$ verificando che la carica totale del composto è nulla.
3. c) Con quale gas nobile è isoelettronico ciascun ione? Commenta che cosa ha di particolare questa situazione.

Un laboratorio analizza due sostanze sconosciute. La sostanza A fonde a $770\ \celsius$, non conduce la corrente allo stato solido, ma la conduce fusa o sciolta in acqua, ed è molto solubile. La sostanza B bolle a $-161\ \celsius$, non conduce in nessuno stato ed è insolubile in acqua.

1. a) Deduci, giustificandolo, quale tipo di legame predomina in ciascuna sostanza.
2. b) Proponi una sostanza nota che possa corrispondere a ciascuna.
3. c) Spiega, a partire dalla struttura di ciascuna, il dato sulla conducibilità elettrica.

Il diamante e il sale comune sono entrambi reticoli cristallini con punti di fusione altissimi e, tuttavia, si comportano in modo molto diverso.

1. a) Spiega quali particelle occupano i nodi di ciascun reticolo e quali forze le tengono unite.
2. b) Il sale fuso conduce l'elettricità, ma il diamante solido non la conduce: spiega la differenza guardando agli elettroni di ciascuna struttura.
3. c) Spiega perché entrambe le sostanze fondono a temperature così alte nonostante i loro legami siano di natura diversa.

L'elettrodo negativo delle batterie al litio dei cellulari è di grafite. Nella grafite, ogni carbonio si lega solo ad altri tre, formando strati di esagoni, e il suo quarto elettrone di valenza rimane delocalizzato lungo tutto lo strato.

1. a) Disegna sul quaderno la struttura di uno strato di grafite.
2. b) Spiega perché la grafite conduce l'elettricità anche se il legame tra i suoi atomi è covalente.
3. c) Indica l'analogia tra gli elettroni delocalizzati della grafite e il mare di elettroni di un metallo.

Puoi farlo su carta e inviare una foto con la tua risposta.

Nell'acqua bisogna distinguere due tipi di forze: i legami covalenti $\text{O}-\text{H}$ all'interno di ogni molecola, molto forti, e le forze tra molecole (legami a idrogeno), molto più deboli. Osserva lo schema:

1. a) Spiega la differenza tra forze intramolecolari e intermolecolari.
2. b) Per far bollire l'acqua, quali forze bisogna vincere? E per scomporla in $\text{H}_2$ e $\text{O}_2$?
3. c) Usa quanto sopra per spiegare perché l'acqua bolle a soli $100\ \celsius$ ma scomporla chimicamente richiede temperature altissime o un'elettrolisi.

La molecola di $\text{CO}_2$ ha $16$ elettroni di valenza e due doppi legami.

1. a) Verifica, contando gli elettroni, che con questa struttura il carbonio e i due ossigeni rispettano la regola dell'ottetto.
2. b) Quanti doppietti di legame e quanti doppietti non leganti ci sono nella molecola?
3. c) Applica lo stesso conteggio alla molecola di $\text{N}_2$ ($10$ elettroni di valenza, triplo legame) e disegna sul quaderno entrambe le strutture di Lewis.

Puoi svolgerlo su carta e inviare una foto con la tua risposta.

Il mercurio è l'unico metallo liquido a temperatura ambiente e, come il rame o l'alluminio, conduce la corrente elettrica.

1. a) Descrivi il modello del legame metallico: quali particelle ci sono e come sono organizzate.
2. b) Spiega, con questo modello, perché un metallo conduce l'elettricità sia allo stato solido sia allo stato liquido.
3. c) Anche il bronzo (rame e stagno) e l'acciaio inossidabile (ferro, cromo e nichel) conducono: spiega perché mescolare più metalli non «spezza» il legame metallico.

Elaborato: «Tre modi di unirsi».

1. a) Confronta il legame ionico, quello covalente e quello metallico rispondendo, per ciascuno, a tre domande: che cosa succede agli elettroni di valenza?, quale struttura si forma, molecole o reticolo?, quale esempio lo illustra meglio, $\text{NaCl}$, $\text{CO}_2$ o $\text{Fe}$?
2. b) Concludi spiegando come si può prevedere il tipo di legame a partire dalla posizione degli elementi nella tavola periodica.