12.11 Explique por que
é estável em relação a seus elemenios e
não o é.
Passo 1
O enunciado pede que eu explique por que o sólido
é estável em relação aos seus elementos (isto é, existe como um sal isolável) e por que
não o é. Informação relevante que já temos (implícita no enunciado ou conhecida e que vou usar):
- Sais tipo
normalmente são, na prática, sais do ânion triiodeto ; ou seja, a espécie que existe no sólido é . - Há a reação química que forma o íon triiodeto a partir de iodeto e iodo molecular:
- Precisarei comparar propriedades dos cátions
e : tamanho (raio iônico) e “poder polarizante” (capacidade de deformar a nuvem eletrônica de um ânion grande). - Iodo e seus poliatômicos (como
) são grandes e muito polarizáveis (fáceis de distorcer eletronicamente).
Passo 2
O que é
e como ele se forma (aula curta).
- O íon triiodeto
é uma espécie linear que resulta da associação de um iodeto com uma molécula de iodo . Escrevemos a formação assim:
-
é grande (três átomos de iodo) e sua nuvem eletrônica é muito polarizável — isto é, campos elétricos externos (como a presença de um cátion próximo) podem deformar a distribuição eletrônica do ânion com facilidade. - Para que um sal contendo
seja estável como sólido, o retículo iônico (a interação coulombiana entre e ) tem de compensar a energia envolvida na formação do ânion e em manter a sua integridade (não “quebrá-lo” em + ).
Passo 3
Conceitos-chave que vou usar (explicados de forma simples).
- Lattice energy (energia reticular), ideia qualitativa:
- A estabilização do sal iônico pela rede cristalina depende de força de atração coulombiana entre cátions e ânions. De modo qualitativo, quanto maiores as cargas e quanto menores as distâncias entre íons, maior (mais negativa) a energia reticular, logo maior a estabilidade do sal.
- Uma estimativa heurística é que a energia reticular cresce com
, onde e são as cargas e , são os raios iônicos. Aqui vou usar isso só qualitativamente (não vou calcular números complicados).
- Poder polarizante (regras de Fajans):
- Cátions pequenos e com alta densidade de carga (mesmo carga +1, mas bem menores) têm grande poder polarizante: atraem e distorcem a nuvem eletrônica do ânion. Isso tende a aumentar o caráter covalente da ligação e pode até desestabilizar anions muito polarizáveis.
- Cátions grandes têm baixo poder polarizante: interagem de forma mais “iônica” e não deformam tanto o anion grande.
- Consequência prática:
- Um ânion grande e muito polarizável (como
) é melhor estabilizado por um cátion grande e pouco polarizante (como ) do que por um cátion pequeno e fortemente polarizante (como ).
Passo 4
Aplicando os conceitos a
e
(comparação direta).
- Tamanhos típicos:
é muito maior que (ordens de grandeza: , ; não é preciso decorar, o importante é saber que é claramente muito maior). - Consequência do tamanho:
tem baixa densidade de carga e baixo poder polarizante; tem maior densidade de carga relativa e maior poder polarizante. - Para o ânion
(grande e altamente polarizável): - Se o cátion é grande e “tranquilo” (
), a interação iônica no sólido estabiliza sem deformá-lo nem provocar reação de decomposição. A rede cristalina pode acomodar o ânion volumoso e a energia reticular que se forma é suficiente para manter o sal isolável e estável. - Se o cátion é pequeno e fortemente polarizante (
), a presença do cátion tende a distorcer (polarizar) a nuvem eletrônica do . Isso pode enfraquecer a ligação que mantém o triátono (favorecendo a dissociação ) e, energeticamente, a rede cristalina formada com não compensa essa desvantagem. Em termos práticos, o equilíbrio
fica deslocado para a esquerda: não é um sólido estável isolável; tende a decompor-se em mais iodo livre. Já para cátions grandes como o equilíbrio favorece a formação do sal com : com isolável. - Se o cátion é grande e “tranquilo” (
Passo 5
Intuição física extra — empacotamento e energia reticular (resumindo sem números complexos).
- Um ânion volumoso como
precisa de um “parceiro” iônico que caiba bem no retículo cristalino e não o comprima/desestabilize. Cátions grandes como permitem um empacotamento razoável do anião volumoso e geram energia reticular favorável sem excessiva polarização. - Cátions pequenos tenderiam a aproximar-se demais do ânion, causando forte polarização e favorecendo mudanças químicas (liberação de
), portanto o sal contendo não existe como fase estável com cátions pequenos.
Passo 6
Exemplos práticos e padrão da família alcalina (para fixar a ideia).
- Compostos com poliiodetos são conhecidos e estáveis com cátions relativamente grandes:
, , (na prática muitos desses são descritos como ou como sais ). Já com e especialmente com é muito difícil obter sais estáveis contendo . - Isso segue a tendência qualitativa: quanto maior o cátion alcalino, maior a probabilidade de formar e estabilizar poliiodetos sólidos.
Passo 7
Resposta resumida e direta (para memorização rápida para a prova).
-
é estável porque o cátion é grande e pouco polarizante; ele estabiliza o ânion grande e muito polarizável na rede cristalina sem deformá-lo nem provocar sua decomposição. A energia reticular e o empacotamento do retículo compensam a formação do . -
não é estável porque é pequeno e tem alto poder polarizante: isso distorce e desestabiliza o ânion , favorecendo a decomposição para e ; em outras palavras, a rede com não fornece estabilização suficiente para manter no sólido.