Regole di Fajans: dimensioni e carica dell’anione e del catione

Le regole di Fajans consentono di prevedere se un legame chimico è di tipo ionico o covalente considerando la carica del catione e dell’anione e le loro dimensioni. Le regole di Fajans spiegano come un carattere covalente aumenti gradualmente fino a trasformarsi in un legame ionico.  Le regole di Fajans sono usate in chimica inorganica per valutare se un legame chimico è covalente o ionico. Sono state creati da Kazimierz Fajans nel 1923 e si basano sulla carica del catione e sulle dimensioni relative del catione e dell’anione.

Dimensioni del catione e regole di Fajans 

Il carattere covalente aumenta al diminuire delle dimensioni del catione: quanto più piccolo è un catione tanto maggiore è il suo valore di densità di carica e quindi la possibilità che esso possa polarizzarsi.

Consideriamo, ad esempio, i cloruri dei metalli alcalino-terrosi: scendendo lungo il gruppo aumentano le dimensioni del catione e conseguentemente la densità di carica diminuisce. Ciò implica che BaCl₂ è meno covalente e più ionico rispetto a BeCl₂; infatti la temperatura di fusione del cloruro di bario è di 960°C e più alta rispetto a quella del cloruro di berillio che è di 405°C.

Carica del catione

Quanto maggiore è la carica presente sul catione tanto maggiore è il valore della densità di carica e quindi la possibilità che esso possa polarizzarsi. Consideriamo, ad esempio, i composti NaBr e AlBr₃ in cui  la carica del sodio è +1 mentre quella dell’alluminio è +3 rispettivamente.

La maggiore carica presente sull’alluminio rispetto al sodio fa sì che NaBr è meno covalente e più ionico rispetto a  AlBr₃; ; infatti la temperatura di fusione del bromuro di sodio è di 747°C e più alta rispetto a quella del bromuro di alluminio che è di 97.8 °C.

Gas nobili e cationi isoelettronici

Un catione isoelettronico di un gas nobile è costituito da un nucleo con un certo numero di protoni circondato da un numero di elettroni minore che si trovano, ad eccezione dei cationi isoelettronici dell’elio e del neon, in orbitali d pieni.

Poiché gli orbitali d non forniscono schermatura adeguata rispetto alla carica del nucleo a causa della bassa penetrazione degli orbitali  la carica nucleare effettiva è relativamente maggiore rispetto a quella di un catione isoelettronico di un gas nobile appartenente allo stesso periodo.

I cloruri del sodio e del rame (I)  hanno una temperatura di fusione rispettivamente di 800 °C e 425 °C. Le configurazioni elettroniche di Na⁺ e Cu⁺ sono: Na⁺ = [Ne] e Cu⁺ = [Ar] 3d¹⁰ e quest’ultimo, a causa della presenza di elettroni d ha una maggiore carica nucleare effettiva quindi NaCl è meno covalente e più ionico rispetto a CuCl . Le temperature di fusione di NaCl e CuCl sono, infatti, rispettivamente 800°C e 426 °C.

Dimensioni dell’anione

Quanto maggiore è un anione tanto maggiore è la sua polarizzabilità e quindi aumenta il carattere covalente. La maggior dimensione di I^– rispetto a F^– fa sì che lo ioduro di calcio abbia una temperatura di fusione di 575°C rispetto al fluoruro di calcio che ha una temperatura di fusione di 1400°C a riprova del maggiore carattere ionico di CaF₂ rispetto a CaI₂.

Carica dell’anione

Quanto maggiore è la carica dell’anione tanto maggiore è la sua polarizzabilità e quindi aumenta il carattere covalente. Ad esempio il nitruro di magnesio Mg₃N₂ ha un maggiore grado di carattere covalente dispetto al fluoruro di magnesio MgF₂.

La seguente tabella sintetizza le regole di Fajans: