2-Considere as seguintes substâncias: \mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3} ; \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} ; \mathrm{NaCl}, \mathrm{SiO}_{2}, CaO.
i) Faça o ranqueamento das substâncias da que possui maior caráter iônico para a de menor;
ii) Quais são as substâncias que podem ser consideradas predominantemente iônicas;
iii) Dê um exemplo de uma substância que possui o caráter totalmente iônico.

Passo 1

O enunciado dá cinco substâncias: \mathrm{Fe}_{2}\mathrm{O}_{3}, \mathrm{Al}_{2}\mathrm{O}_{3}, \mathrm{NaCl}, \mathrm{SiO}_{2}, \mathrm{CaO}.
As perguntas são:
  1. (i) Fazer o ranqueamento das substâncias da que possui maior caráter iônico para a de menor.
  2. (ii) Dizer quais substâncias podem ser consideradas predominantemente iônicas.
  3. (iii) Dar um exemplo de uma substância que possua caráter totalmente iônico.

Passo 2

Antes de ranquear, preciso explicar de forma simples como decidir se uma ligação/composto é mais iônico ou mais covalente. Dois conceitos úteis e fáceis de aplicar na prova são:
  • Eletronegatividade: é a tendência de um átomo atrair elétrons numa ligação. Quanto maior a diferença de eletronegatividade entre dois átomos, maior a tendência da ligação ser iônica. Vou chamar de \chi a eletronegatividade (escala de Pauling).
  • Regras de polarização (Regras de Fajans, explicadas abaixo): mesmo com diferença moderada de eletronegatividade, um cátion pequeno e com carga alta polariza (distorce) a nuvem eletrônica do ânion, tornando a ligação mais covalente. Assim, cátions como \mathrm{Al^{3+}} ou \mathrm{Si^{4+}} tendem a aumentar o caráter covalente.
Fórmula útil (apenas para ter uma ideia numérica do caráter iônico, não é obrigatória na prova):
\%\text{ iônico} \approx 100\left(1-\exp\big(-0,25(\Delta\chi)^2\big)\right)ô
onde \Delta\chi é a diferença de eletronegatividade entre o não metal e o metal. Essa fórmula dá uma estimativa qualitativa do quanto a ligação é iônica.

Passo 3

Vou usar valores aproximados da escala de Pauling (valores usados comumente em tabelas; são arredondados para facilitar contas na prova):
\chi(\mathrm{Na})=0,93,\quad \chi(\mathrm{Ca})=1,00,\quad \chi(\mathrm{Al})=1,61,
\chi(\mathrm{Fe})=1,83,\quad \chi(\mathrm{Si})=1,90,\quad \chi(\mathrm{Cl})=3,16,\quad \chi(\mathrm{O})=3,44.

Passo 4

Calculo a diferença de eletronegatividade \Delta\chi=\chi(\text{ânion})-\chi(\text{cátion})âá para cada composto (não metal menos metal):
  • Para \mathrm{NaCl}: \Delta\chi=\chi(\mathrm{Cl})-\chi(\mathrm{Na})=3,16-0,93=2,23.
  • Para \mathrm{CaO}: \Delta\chi=\chi(\mathrm{O})-\chi(\mathrm{Ca})=3,44-1,00=2,44.
  • Para \mathrm{Al_{2}O_{3}}: \Delta\chi=\chi(\mathrm{O})-\chi(\mathrm{Al})=3,44-1,61=1,83.
  • Para \mathrm{Fe_{2}O_{3}}: \Delta\chi=\chi(\mathrm{O})-\chi(\mathrm{Fe})=3,44-1,83=1,61.
  • Para \mathrm{SiO_{2}}: \Delta\chi=\chi(\mathrm{O})-\chi(\mathrm{Si})=3,44-1,90=1,54.
Valores maiores de \Delta\chi indicam maior tendência à ionicidade se só considerarmos eletronegatividade.

Passo 5

Agora aplico também as Regras de Fajans em linguagem simples (isto afina o ranqueamento):
  • Cátions pequenos e com carga maior (por ex. \mathrm{Al^{3+}}, \mathrm{Si^{4+}}) têm grande poder de polarização: eles puxam a nuvem eletrônica do ânion, aumentando o caráter covalente.
  • Cátions grandes com carga baixa (por ex. \mathrm{Na^{+}}) polarizam pouco, favorecendo caráter iônico.
  • Oxigênio em óxidos pode formar ligações muito covalentes se o elemento positivo for pequeno e muito carregado (como \mathrm{Si^{4+}} formando a rede covalente em \mathrm{SiO_{2}}).
Aplicando isso aos nossos compostos:
  • \mathrm{CaO}: \Delta\chi grande ( 2,44) e \mathrm{Ca^{2+}} é relativamente grande (pouca polarização). Muito iônico — ligações iônicas fortes.
  • \mathrm{NaCl}: \Delta\chi também grande ( 2,23) e \mathrm{Na^{+}} é grande e pouco polarizante. Muito iônico (clássico exemplo).
  • \mathrm{Fe_{2}O_{3}}: \Delta\chi intermediária ( 1,61), cátion \mathrm{Fe^{3+}} tem carga alta mas é maior que \mathrm{Al^{3+}}, então há mistura: predominância iônica mas com componente covalente apreciável.
  • \mathrm{Al_{2}O_{3}}: embora \Delta\chi seja razoável ( 1,83), \mathrm{Al^{3+}} é pequeno e muito polarizante → aumenta caráter covalente; além disso \mathrm{Al_{2}O_{3}} é conhecida por caráter parcial covalente / comportamento anfótero.
  • \mathrm{SiO_{2}}: \Delta\chi menor ( 1,54) e \mathrm{Si^{4+}} é pequeno com alta carga → forma uma rede covalente robusta (estrutura de quartzo), portanto é o menos iônico (predominantemente covalente).

Passo 6

Combinando as diferenças de eletronegatividade e o efeito de polarização, o ranqueamento da maior ionicidade para a menor fica (justificando cada posição rapidamente):
\text{Maior iônico}\;:\\ \mathrm{CaO} \;>\; \mathrm{NaCl} \;>\; \mathrm{Fe_{2}O_{3}} \;>\; \mathrm{Al_{2}O_{3}} \;>\; \mathrm{SiO_{2}}\;:\text{Menor iônico.}ôô
Justificativa curta para a ordem:
  • \mathrm{CaO} \Delta\chi e baixa polarização → muito iônico.
  • \mathrm{NaCl} — clássico iônico (grande \Delta\chi, \mathrm{Na^{+}} pouco polarizante).
  • \mathrm{Fe_{2}O_{3}} \Delta\chi moderada; Fe^{3+} dá mistura, mas predomina caráter iônico.
  • \mathrm{Al_{2}O_{3}} \Delta\chi moderada, mas \mathrm{Al^{3+}} pequeno e fortemente polarizante → mais covalente que \mathrm{Fe_{2}O_{3}}.
  • \mathrm{SiO_{2}} — rede covalente (quartz), claramente o menos iônico.

Passo 7

Quais são predominantemente iônicas? Com base no raciocínio anterior, considero predominantemente iônicas:
\mathrm{CaO}, \mathrm{NaCl} e, em grau menor mas ainda predominantemente iônico, \mathrm{Fe_{2}O_{3}}.
Explicação simples: esses três têm diferenças de eletronegatividade grandes e cátions que não polarizam tanto o ânion (ou, no caso de \mathrm{Fe^{3+}}, a polarização não é suficiente para tornar o composto majoritariamente covalente).

Passo 8

Sobre substância “totalmente iônica”: na química real nenhuma ligação é 100% iônica — sempre existe algum grau de compartilhamento eletrônico. Então a resposta correta e honesta é dizer que não existe composto totalmente iônico. Mas se a prova pedir um exemplo com caráter iônico máximo na prática, costuma-se citar compostos formados por um metal muito eletropositivo e um ametal extremamente eletronegativo; um exemplo comumente dado é \mathrm{CsF} (césio floreto), que é um dos compostos com maior caráter iônico observado experimentalmente.

Resposta

(i) \mathrm{CaO}>\mathrm{NaCl}>\mathrm{Fe_{2}O_{3}}>\mathrm{Al_{2}O_{3}}>\mathrm{SiO_{2}}
(ii) Predominantemente iônicas: \mathrm{CaO},\\ \mathrm{NaCl},\\ \mathrm{Fe_{2}O_{3}}
(iii) Nenhuma substância é totalmente iônica; exemplo com caráter mais próximo do totalmente iônico: \mathrm{CsF}

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