2 (3pts). Materiais formados por íons, como o Brometo de sódio ( NaBr ), apresentam características fisicas e elétricas distintas devido à sua estrutura atômica. Com base nesse tipo de material, explique por que os sólidos iônicos possuem pontos de fusão elevados e se comportam como materiais duros, mas frágeis. Justifique também por que esses compostos não conduzem eletricidade no estado sólido, mas conduzem quando fundidos ou dissolvidos em água.
Passo 1
O enunciado pede para explicar, no caso de um sólido iônico (como o NaBr), por que:
- O ponto de fusão é elevado.
- O material é duro, mas frágil.
- Não conduz eletricidade no estado sólido, mas conduz quando fundido ou em solução aquosa.
Conteúdo: ligações iônicas, energia reticular, mobilidade de íons e condução elétrica por íons.
Passo 2
Para fundir um sólido iônico é preciso vencer a forte atração eletrostática entre os íons positivos e negativos no retículo cristalino. A energia potencial de interação de um par de íons é aproximadamente dada por
onde
e
são as cargas dos íons,
é a distância interiônica e
é uma constante. Como
e
têm valores elevados e
é pequeno, a energia reticular (soma de todas as interações) fica muito alta. Isso exige temperaturas elevadas para separar íons e, portanto, resulta em ponto de fusão alto.
Passo 3
A rigidez (dureza) do sólido iônico vem dessa mesma forte atração: os íons estão presos em posições bem definidas. Mas, se aplicarmos uma tensão que desloque planos iônicos, íons de mesma carga podem acabar alinhados e sofrer repulsão forte, provocando fratura súbita do cristal. Por isso sólidos iônicos são duros (não se deformam facilmente) porém frágeis (quebram sem deformação plástica).
Passo 4
Condução elétrica requer portadores de carga móveis.
- No estado sólido, todos os íons estão fixos no retículo, sem liberdade para se mover, logo não há corrente elétrica.
- Ao fundir o sal, o retículo se desfaz e os íons ficam livres para migrar sob um campo elétrico, conduzindo eletricidade.
- Em solução aquosa, a água, por ser polar, solva e separa os íons
e , tornando-os móveis e aptos a transportar carga.
Resposta
Sólidos iônicos têm pontos de fusão elevados porque sua rede cristalina tem energia reticular muito alta, fruto da forte atração coulômbica
. Essa ligação forte torna-os duros, mas ao deslocar planos iônicos surgem repulsões entre cargas iguais, levando à fratura (fragilidade). No estado sólido, os íons estão presos e não conduzem. Quando fundidos ou dissolvidos, os íons ficam livres e podem migrar sob campo elétrico, fazendo o material conduzir corrente.