Aula 16 Ligação Iônica

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1 Aula 16 Ligação Iônica Em nossas aulas anteriores verificamos que os elementos químicos da tabela periódica podem existir na natureza tanto sozinhos como combinados. Essas combinações que os elementos podem fazer entre si chamamos de ligações químicas. LIGAÇÕES QUÍMICAS Sabemos que as substâncias são formadas através de combinações entre elementos químicos e para compreendermos corretamente esses novo conteúdo iremos classificar algumas substâncias de acordo com a sua condutividade elétrica. Nota: condutividade elétrica é a capacidade de conduzir a corrente elétrica. Observe na tabela 1 algumas características de algumas substâncias. Tabela 1 - Substâncias diferentes suas propriedades Substância Ponto de Fusão (ºC) Conduz corrente no estado sólido? Cloreto de Lítio 614 Não Sim Cloreto de Cálcio 782 Não Sim Cloreto de Sódio 801 Não Sim Brometo de Potássio 1003 Não Sim Óxido de Alumínio 2015 Não Sim Óxido de Magnésio 2800 Não Sim Álcool Etílico -117 Não Não Cloro -101 Não Não Água 0 Não Não Naftalina 80 Não Não Iodo 114 Não Não Glicose 142 Não Não Alumínio 660 Sim Sim Prata 962 Sim Sim Ouro 1064 Sim Sim Cobre 1535 Sim Sim Platina 1772 Sim Sim Conduz corrente no estado líquido? Observando a tabela 1 verificamos que as substâncias se agrupam em três grupos com comportamentos distintos. Podemos, portanto, classificalas em grupos:

2 Primeiro Grupo Cloreto de Lítio, Cloreto de Cálcio, Cloreto de Sódio, Brometo de potássio, óxido de alumínio e óxido de magnésio. Tais substâncias conduzem a corrente elétrica no estado líquido mas não no estado sólido. Segundo Grupo Álcool etílico, cloro, água, naftalina, iodo e glicose. Essas substâncias não conduzem eletricidade no estado líquido e nem no sólido. Elas também se destacam por apresentar pontos de fusão mais baixos que as demais da tabela. Terceiro Grupo Alumínio, Prata, ouro, cobre, ferro e platina. Quanto ao PF, essas substâncias são razoavelmente comparáveis ao primeiro grupo. Entretanto, conduzem eletricidade tanto no estado líquido quanto o sólido. Ao longo dessa leitura você deve compreender as diferenças e semelhanças observadas nas características dos diferentes grupos de substâncias. O MODELO DO OCTETO Desde o século XIX os cientistas sabem que os átomos da maioria dos elementos químicos não apresentam existência isolada. Assim, por exemplo, átomos de oxigênio podem ser encontrados combinados com outros iguais a ele (O2, O3) ou com átomos de outros elementos, formando diferentes substâncias (CO, CO2, H2O, SO2, SO3, etc). Os átomos de oxigênio (O), portanto, não possuem existência isolada. Com isso, verificou-se que apenas os Gases Nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), nas condições ambientes, apresentam átomos estáveis isolados, isto é, não unidos a outros átomos. Assim, para entender como funcionam as ligações entre os átomos, comecemos analisando a eletrosfera dos gases nobres (tabela 2), já que eles parecem ser a chave para compreender essa questão. Tabela 2 - Distribuição dos elétrons nas camadas dos gases nobres Gás Nobre K L M N O P Hélio 2 Neônio 2 8 Argônio Criptônio Xenônio Radônio Ao contrário de todos os outros elementos, os gases nobres apresentam a última camada contendo 8 elétrons, com exceção do hélio na qual a última camada só comporta 2. Tudo indica, portanto, que possuir uma eletrosfera igual à de um gás nobre faz com que o átomo fique estável.

3 Com raciocínio semelhante a esse, William Kossel e Gilbert Newton Lewis propuseram, independentemente, no ano de 1916, uma teoria para explicar a ligação entre os átomos, que ficou conhecida como modelo do octeto de elétrons (ou, simplesmente, regra do octeto). De acordo com esse modelo: Um átomo estará estável quando sua última camada possuir 8 elétrons (ou 2, caso se trate da camada K). Os átomos não estáveis se unem uns aos outros a fim de adquirir essa configuração de estabilidade. Com isso, temos essencialmente 3 tipos de ligações: Ligações Iônicas: metal + ametal - NaCl Ligações Covalentes ou Moleculares : ametal + ametal H2O, O2 Ligações Metálicas: metal + metal Au, Pt Para que você compreenda cada um desses com clareza, explicaremos essas separadamente, porém a aula de hoje dará enfoque na ligação iônica. Ligações Iônicas. São aquelas substâncias formadas por ligações entre metais e ametais. Também é conhecida como LIGAÇÃO ELETROVALENTE Por exemplo, as substâncias do primeiro grupo apresentadas na tabela 1. Veja essas novamente na tabela 3. Tabela 3 - Algumas substâncias iônicas e suas propriedades Substância Ponto de Fusão (ºC) Conduz corrente no estado sólido? líquido? Cloreto de Lítio 614 Não Sim Cloreto de Cálcio 782 Não Sim Cloreto de Sódio 801 Não Sim Brometo de 1003 Não Sim Potássio Óxido de Alumínio 2015 Não Sim Óxido de 2800 Não Sim Magnésio Conduz corrente no estado As substâncias iônicas apresentam elevados pontos de fusão e de ebulição, conduzem corrente elétrica no estado líquido, mas não no estado sólido.

4 Como você pode perceber, todos os compostos que aparecem na tabela 3 apresentam em sua composição um metal (Na, K, Ca, Mg, Al, etc) e um ametal (F, Cl, Br, O, etc.). Isso conduziu os químicos a tentarem associar tal fato às propriedades desses compostos. Em nossas aulas passadas, verificamos que os elétrons da última camada dos metais estão pouco presos ao átomo, podendo ser perdidos com facilidade. Desse modo, metais formam cátions com facilidade. Por sua vez os ametais possuem os elétrons de sua última camada bem presos no átomo e apresentam alta eletroafinidade, tendo assim tendências altas para receber elétrons e formarem ânions. Considerando essas propriedades, ametais e metais podem se ligar entre si, ocorrendo a ligação de acordo com o exemplo com o NaCl abaixo. Os elementos sódio (Z=11) e cloro (Z=17) possuem as seguintes distribuições eletrônicas: 11Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 K - 2 L 8 M Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 K - 2 L 8 M - 7 Aplicando a regra do octeto nesses compostos, verificamos que nenhum deles é estável em seus estados fundamentais, visto que o sódio possui apenas 1 elétron em sua camada de valência e o cloro possui 7 elétrons em sua camada de valência. Entretanto, se houver uma transferência de 1 elétron do sódio para o sódio teremos: 11Na + 1s 2 2s 2 2p 6 3s 0 K - 2 L 8 M-0 17Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 K - 2 L 8 M - 8 Ou conforme a figura 1 abaixo: Desse modo, verificamos que ambos os compostos adquirem 8 elétrons na sua última camada, ficando assim estáveis.

5 Os íons Na + e Cl - possuem cargas elétricas opostas, portanto atraem mutuamente. Essa atração mantém os íons unidos, formando uma substância muito conhecida, o sal de cozinha, representado pela fórmula NaCl. Tal união é chamada de ligação iônica ou ligação eletrovalente. Se conseguíssemos ampliar um daqueles cristais de sal presentes num saleiro, veríamos um amontoado de cátions Na+ e ânions Cl-, conhecido como retículo cristalino iônico. Veja que apesar de representarmos o composto como NaCl, isso não indica que há apenas um íon ao lado do outro, mas sim a formação de uma rede onde os íons se distribuem, ficando os íons atraídos entre si, conforme a figura ao lado. O sal de cozinha é apenas um exemplo de composto iônico. De modo geral, sempre que um elemento, que necessite doar elétrons para se estabilizar, se unir a outro, que necessite recebe-los, a união se dará por ligação iônica. Exemplo: KI Iodeto de Potássio, formado por um cátion K + e um ânion I - ; CaO Óxido de Cálcio (o famoso cal virgem ), formado pelo cátion Ca 2+ e um ânion O 2- ; Al2O3 Óxido de Alumínio, formado pelos cátions Al 3+ e ânions O 2- Elétrons não são criados e nem destruídos. Assim, como você pode notar, o total de elétrons doados deve ser igual ao total recebido. Em outras palavras, a carga total positiva no composto formado deverá ser igual a negativa, o que o tornará eletricamente neutro como um todo. Todo composto iônico apresenta íons fortemente ligados devido a atração entre cargas elétricas de sinais opostos dos cátions e ânions presentes no retículo cristalino. Dessa forma: Todo composto iônico é sólido, quando puro nas condições ambientes de pressão e temperatura.

6 Como exemplo dessa força de atração e dos sólidos formados temos a fluorita, mineral formado principalmente de CaF2, o Rubi e as Safiras, que correspondem principalmente de moléculas de óxido de alumínio (Al2O3) com alguns impurezas em seu interior, como íons de Cromo para o Rubi e Ferro para a safira com coloração azul, entre outros. Figura 1- Safira e Rubi Figura 2 - Mineral fluorita Em função dessa força das ligações iônicas verificamos também que substâncias iônicas possuem elevados pontos de fusão, sendo necessária altas taxas de energia para solubilizar essas substâncias. explicada? E a condutividade elétrica verificada na tabela 1? Como pode ser A condutividade elétrica é a capacidade que algumas superfícies ou substâncias tem de conduzir elétrons, ou seja, elétrons passarem sobre a superfície desse sem ficarem retidos na eletrosfera do átomo da superfície ou da substância, percorrendo esse fluxo de elétrons o caminho entre os átomos, resultando em uma carga móvel. Nas substâncias iônicas, quando no estado sólido, as cargas positivas e negativas estão fortemente ligadas entre si. Desse modo, não há formação de carga móvel não conduzindo eletricidade. Entretanto, quando essas substâncias são solubilizadas em água, ocorre a solvatação dos íons pelas moléculas de água, gerando a carga nos íons formados. Essa carga torna possível a condução de eletricidade, visto que os elétrons poderão transitar pela eletrosfera dos íons. Quando fundidas, substâncias iônicas também conduzem eletricidade em função da mudança no retículo cristalino dessa substância, sendo gerada a carga móvel e ocorrendo a condução.

7 Referências SALVADOR, E.; USBERCO, J.; Conecte Química - 1º Ano - Ensino Médio. Ed. Saraiva PERUZZO, F.M.; DO CANTO, E.L.; Química na Abordagem do Cotidiano - Volume 1. Ed. Moderna, 2010.