Defina a ligação iônica e explique a influência deste tipo de ligação química nas propriedades das cerâmicas.
Passo 1
O enunciado pede para definirmos o que é uma ligação iônica e, a partir daí, entendermos como esse tipo de ligação química afeta as principais propriedades das cerâmicas. O conteúdo envolvido é química de materiais, em particular ligação iônica e suas consequências em propriedades macroscópicas como ponto de fusão, dureza, fragilidade e condutividade.
Passo 2
Uma ligação iônica surge quando um átomo de baixa eletronegatividade (geralmente um metal) transfere um ou mais elétrons para um átomo de alta eletronegatividade (geralmente um ametal). Esse processo gera um cátion (carga positiva) e um ânion (carga negativa), que se atraem fortemente por forças eletrostáticas. Em nível atômico, essa atração pode ser descrita pela lei de Coulomb:
onde
e
são as cargas dos íons e
é a distância entre eles. O resultado é a formação de uma rede cristalina iônica estável, com altos valores de energia de rede.
Passo 3
As cerâmicas são materiais cujo arranjo atômico é dominado por ligações iônicas (e, em alguns casos, ligações iônicas com contribuição covalente). Eis como isso aparece nas propriedades delas:
A) Alto ponto de fusão e resistência térmica
— A elevada energia de rede iônica implica que é preciso muita energia para romper a rede cristalina, levando a pontos de fusão e ebulição muito altos.
— A elevada energia de rede iônica implica que é preciso muita energia para romper a rede cristalina, levando a pontos de fusão e ebulição muito altos.
B) Dureza elevada e fragilidade
— As fortes forças eletrostáticas tornam o material muito rígido e difícil de deformar. Porém, se você aplica uma força que desloca planos de íons, cargas de mesmo sinal podem ficar lado a lado e se repelirem, provocando fraturas súbitas. É por isso que cerâmicas são duras, mas quebram com facilidade (são frágeis).
— As fortes forças eletrostáticas tornam o material muito rígido e difícil de deformar. Porém, se você aplica uma força que desloca planos de íons, cargas de mesmo sinal podem ficar lado a lado e se repelirem, provocando fraturas súbitas. É por isso que cerâmicas são duras, mas quebram com facilidade (são frágeis).
C) Baixa condutividade elétrica no estado sólido
— Os íons ocupam posições fixas na rede; sem mobilidade, não há transporte de carga elétrica. Ao fundir ou dissolver a cerâmica, os íons ficam livres para se mover e o material passa a conduzir corrente.
— Os íons ocupam posições fixas na rede; sem mobilidade, não há transporte de carga elétrica. Ao fundir ou dissolver a cerâmica, os íons ficam livres para se mover e o material passa a conduzir corrente.
D) Estabilidade química e resistência a ataques
— A grande energia que mantém a rede unida também inibe que reagentes químicos facilmente desloquem os íons, conferindo à cerâmica excelente resistência à corrosão e à maioria dos solventes.
— A grande energia que mantém a rede unida também inibe que reagentes químicos facilmente desloquem os íons, conferindo à cerâmica excelente resistência à corrosão e à maioria dos solventes.
Resposta
A ligação iônica ocorre pela transferência de elétrons de um átomo doador (metal) para um aceitador (ametais), gerando atração eletrostática intensa entre cátions e ânions e formando uma rede cristalina energética. Nas cerâmicas, isso se traduz em altos pontos de fusão, grande dureza mas alta fragilidade, baixa condutividade elétrica no estado sólido e elevada resistência química e térmica.