Prendiamo in considerazione un elemento appartenente al primo gruppo, ad esempio il Sodio (Na). Il Sodio ha numero atomico Z = 11 e quindi oltre a possedere 11 protoni possiede 11 elettroni. Gli 11 elettroni sono sistemati: 2 a saturare il primo livello energetico; 2 + 6 = 8 a saturare il secondo livello energetico; 1 elettrone inizia il riempimento del terzo livello energetico.
Si noti che il Sodio presenta un elettrone in più rispetto al gas nobile che lo precede nella tabella periodica, il Neon. Come sappiamo la configurazione dei gas nobili è particolarmente stabile (regola dell'ottetto) ed il Sodio tenderà dunque a liberarsi del suo elettrone superficiale per assumere la configurazione elettronica stabile del Neon.
In tal modo però viene "scoperta" una carica positiva del nucleo. Infatti il Sodio viene ad avere 11 protoni e 10 elettroni.
Il Sodio si trasforma in un atomo con una carica netta positiva o ione positivo Na+
Si dicono ioni gli atomi elettricamente carichi, positivamente o negativamente. Uno ione positivo o catione si forma per perdita di uno o più elettroni.
Allo stesso modo il Calcio (Ca), che appartiene al secondo gruppo, presenta 2 elettroni in più del gas nobile che lo precede, l'Argon. Il Calcio ha un'elevata tendenza a perdere questi due elettroni per raggiungere la configurazione elettronica stabile dell'Argon.
In questo modo si trasforma in un catione con due cariche positive Ca++ o, il che è lo stesso, Ca2+ (calcio due più).
Prendiamo in considerazione ora un elemento del settimo gruppo come il Cloro con Z = 17.
Il Cloro sistema i suoi 17 elettroni: 2 nel 1° livello (saturandolo) , 8 nel 2° livello (saturandolo) ed i rimanenti 7 nel 3° livello.
Al Cloro manca un solo elettrone per raggiungere la configurazione stabile (8 elettroni) del gas nobile che lo segue (Ar) nella tabella periodica, l'Argon. Per il Cloro è infatti più semplice (energeticamente più vantaggioso) acquistare un elettrone, piuttosto che perderne 7 per raggiungere la configurazione del gas nobile che lo precede (Ne).
Acquistando 1 elettrone il Cloro si trasforma in uno ione negativo Cl-. Con un elettrone in più infatti il Cloro viene a possedere 18 elettroni contro i 17 protoni del suo nucleo, evidenziando in tal modo una carica netta negativa.
Gli ioni negativi o anioni sono atomi che hanno acquistato uno o più elettroni.
Se dunque noi avviciniamo del Cloro gassoso Cl2 e del Sodio metallico Na, assisteremo ad una violenta reazione esoergonica. Il Sodio, che presenta una elevata tendenza a liberarsi del suo elettrone, lo cede al Cloro che presenta da parte sua una grande tendenza ad acquistarlo.
Ma lo ione Sodio Na+ e lo ione Cloro Cl- non rimangono a questo punto separati. Presentando due cariche di segno opposto essi si attirano formando una molecola, complessivamente neutra, la cui formula bruta è NaCl, il Cloruro di Sodio.
Si è dunque formato un legame chimico di tipo elettrostatico tra ioni aventi carica opposta: il legame ionico. I composti che presentano questo tipo di legame si dicono composti ionici.
Dire che entrambi gli atomi raggiungono in tal modo una configurazione più stabile significa affermare che diminuiscono il loro contenuto energetico. L'energia si libera in genere sotto forma di calore di reazione.
2Na + Cl2 ð 2 NaCl + 196,53 kcal
In realtà non esiste una singola molecola di Cloruro di Sodio, come abitualmente e convenzionalmente si scrive. Infatti l'attrazione tra cariche di segno opposto, come sono cationi e anioni, non si sviluppa solo in un'unica direzione, ma agisce uniformemente in tutte le direzioni (con simmetria sferica). Uno ione Na+ risulta infatti circondato da 6 ioni Cl- e viceversa., formando uno sconfinato reticolato cubico, in cui ioni di carica opposta si alternano ordinatamente nelle tre direzioni dello spazio. Tale disposizione ordinata è dettacristallina, poichè genera macroscopicamente un cristallo che conserva la geometria della sottostante struttura atomica.
Nei composti ionici quindi la formula bruta non descrive una struttura molecolare autonoma, ma indica il rapporto numerico esistente nel cristallo tra ioni positivi e negativi. Nel caso del Cloruro di Sodio, ad esempio, la formula bruta NaCl ci informa che il rapporto numerico tra ioni Na+ e Cl- all'interno del reticolo è di 1:1.
Se la reazione fosse avvenuta tra il Calcio ed il Cloro, il Calcio avrebbe ceduto due elettroni a 2 atomi di Cloro, ciascuno dei quali avrebbe acquistato un elettrone.
In tal caso affinchè il reticolato ionico sia nel complesso neutro è necessario che per ciascun ione Ca2+ siano presenti 2 ioni Cl-.
La formula CaCl2 indica dunque che nel reticolo cristallino del Cloruro di Calcio il rapporto tra ioni Calcio e ioni Cloro è 2:1.
Le sostanze ioniche, poste in acqua si dissociano negli ioni costituenti.
In acqua quindi le sostanze ioniche non sono presenti come molecole, ma come ioni.
In tutte le soluzioni acquose che costituiscono gli esseri viventi e nelle cellule in particolare, si trovano ioni di interesse biologico quali appunto: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl- etc.