Explique por que sólidos iônicos, como o NaCl , têm altos pontos de fusão e, mesmo assim, dissolvem-se em água.
Passo 1
Beleza, o exercício quer que a gente entenda por que sais iônicos tipo NaCl têm pontos de fusão super altos e, mesmo assim, se dissolvem fácil em água. Isso é parte da Química Física, lidando com forças intermoleculares (ligações iônicas) e solubilidade em solventes polares. Para resolver, vamos precisar saber:
a) O que é energia de rede (lattice energy) e como ela se relaciona com ponto de fusão;
b) O que acontece quando um iônico “entra” em água (hydration energy, interação íon-dipolo);
c) Comparar as energias envolvidas para ver por que dissolve.
a) O que é energia de rede (lattice energy) e como ela se relaciona com ponto de fusão;
b) O que acontece quando um iônico “entra” em água (hydration energy, interação íon-dipolo);
c) Comparar as energias envolvidas para ver por que dissolve.
Passo 2
Vamos falar de energia de rede e ponto de fusão.
- Um sólido iônico (NaCl) é formado por Na⁺ e Cl⁻ fortemente atraídos pela força de Coulomb:
U_lattice ∝ – (q₁·q₂) / (4·π·ε₀·r)
Onde q₁, q₂ são cargas, ε₀ a permissividade do vácuo e r a distância entre íons. - Essa atração forte gera uma energia de rede enorme (U_lattice grande e negativa), então pra separar todos os íons (passar do sólido pro líquido) precisa de muita energia térmica.
- Na prática, isso se traduz num ponto de fusão alto (801 °C pra NaCl).
Passo 3
Agora, dissolução em água:
- A água é um dipolo (tem polo positivo no H e negativo no O).
- Quando a gente coloca NaCl na água, cada Na⁺ e Cl⁻ é “cercado” por moléculas de H₂O, orientadas de modo que a face negativa do H₂O fique perto do Na⁺ e a face positiva perto do Cl⁻.
- Isso gera energia de solvatação (hydration energy), dado por:
ΔH_hyd ≈ – ∑ (q_ion·μ_H2O)/(4·π·ε₀·r²) (essencialmente uma interação íon-dipolo) - Essa energia liberada ao formar as “cavalhadas” de água em volta dos íons compensa (e até supera) a energia que a gente “gasta” pra quebrar a rede iônica.
Passo 4
Comparação de energias:
– Quebra da rede iônica: ΔH_lattice > 0 (endotérmico)
– Solvatação (hidratação): ΔH_hyd < 0 (exotérmico)
Se |ΔH_hyd| ≥ |ΔH_lattice|, o processo global pode ser favorável (ΔH_total ≤ 0), e o sal dissolve.
– Quebra da rede iônica: ΔH_lattice > 0 (endotérmico)
– Solvatação (hidratação): ΔH_hyd < 0 (exotérmico)
Se |ΔH_hyd| ≥ |ΔH_lattice|, o processo global pode ser favorável (ΔH_total ≤ 0), e o sal dissolve.
Resposta
Sais iônicos têm pontos de fusão altos porque a energia de rede que mantém os íons juntos é muito grande. Mas, em água, as moléculas polares interagem fortemente com cada íon (Na⁺ ou Cl⁻), liberando energia de hidratação suficiente para compensar (e até superar) a energia necessária para quebrar a rede. Por isso o NaCl, mesmo “duro” e de ponto de fusão elevado, se dissolve bem em água.