Quando metalli e non metalli formano composti, gli atomi metallici donano elettroni agli atomi non metallici. Gli atomi metallici diventano ioni positivi a causa della loro perdita di elettroni caricati negativamente e gli atomi non metallici diventano ioni negativi. Gli ioni mostrano forze attrattive per gli ioni di carica opposta - da qui l'adagio che "gli opposti si attraggono". La forza di attrazione tra ioni di carica opposta segue la legge di Coulomb: F = k * q1 * q2 / d2, dove F rappresenta la forza di attrazione in Newton, q1 e q2 rappresenta le cariche dei due ioni in coulomb, d rappresenta la distanza tra i nuclei degli ioni in metri e k è una costante di proporzionalità di 8,99 x 109 Newton metri quadrati per coulomb quadrato.
Fare riferimento a una tabella di ioni per trovare le cariche degli ioni positivi e negativi nel composto. Le formule chimiche, per convenzione, elencano prima lo ione positivo. Nel composto bromuro di calcio, o CaBr2, ad esempio, il calcio rappresenta lo ione positivo e presenta una carica di +2. Il bromo rappresenta lo ione negativo e presenta una carica di -1. Pertanto, q
1 = 2 e q2 = 1 nell'equazione della legge di Coulomb.Converti le cariche sugli ioni in coulomb moltiplicando ciascuna carica per 1,9 x 10-19. Lo ione calcio +2 presenta quindi una carica di 2 * 1,9 x 10-19 = 3,8 x 10-19 coulomb e il bromo mostra una carica di 1,9 x 10-19 coulomb.
Determinare la distanza tra gli ioni facendo riferimento a una tabella dei raggi ionici. Quando formano solidi, gli ioni normalmente si siedono il più vicino possibile l'uno all'altro. La distanza tra loro si trova sommando i raggi degli ioni positivi e negativi. Nell'esempio bromuro di calcio, Ca2+ gli ioni mostrano un raggio di circa 1,00 angstrom e gli ioni Br- esibiscono un raggio di circa 1,96 angstrom. La distanza tra i loro nuclei è quindi 1,00 + 1,96 = 3,96 angstrom.
Converti la distanza tra i nuclei degli ioni in unità di metri moltiplicando il valore in angstrom per 1 x 10-10. Continuando l'esempio precedente, la distanza di 3,96 angstrom viene convertita in 3,96 x 10-10 metri.
Utilizzando i valori precedentemente ottenuti per il bromuro di calcio e utilizzando 8,99 x 109 poiché il valore di k dà F = (8,99 x 109) * (3,8 x 10-19) * (1,9 x 10-19) / (3,96 x 10-10)2. Secondo le regole dell'ordine scientifico delle operazioni, si deve eseguire prima la quadratura della distanza, che dà F = (8,99 x 109) * (3,8 x 10-19) * (1,9 x 10-19) / (1,57 x 10-19). Eseguendo la moltiplicazione e la divisione si ottiene quindi F = 4,1 x 10-9 Newton. Questo valore rappresenta la forza di attrazione tra gli ioni.