Todos os haletos de metais alcalinos são solúveis em água, exceto LiF . Avalie e justifique a baixa solubilidade.
Passo 1
O enunciado diz que “todos os haletos de metais alcalinos são solúveis em água, exceto
”. A tarefa é avaliar e justificar por que
tem baixa solubilidade.
Informações relevantes dadas (explicitadas):
Informações relevantes dadas (explicitadas):
- Haletos de metais alcalinos (Li
, Na , K , …) geralmente são solúveis. - A exceção citada é
, que tem baixa solubilidade em água.
Não vou resolver nada ainda; só deixei claro o que se pede e o que temos como dado.
Passo 2
Como vamos analisar: para dissolver um sal iônico em água há duas energias principais em jogo — a energia necessária para separar os íons no cristal (energia reticular) e a energia liberada quando esses íons são solvatados pela água (entalpia de hidratação). Também precisamos pensar na variação da energia livre
que determina se a dissolução é espontânea. Vou definir e explicar cada grandeza antes de aplicar ao caso
.
Passo 3
Definição e interpretação da energia reticular. A energia reticular
é a energia necessária para separar um mol do sólido iônico em íons gasosos separados; é sempre um valor positivo (é preciso fornecer energia). A dependência qualitativa de
pode ser escrita como
onde
e
são as cargas (valências) dos íons e
e
são os raios iônicos. Aqui cada símbolo significa:
= magnitude da carga do cátion/ânion (para haletos de metais alcalinos é
e
);
= tamanho efetivo do íon. Explicação didática: quanto menores os íons e quanto maiores as cargas, mais forte é a atração Coulombiana entre eles e maior é
. No nosso caso, Li
e F
são os dois íons mais pequenos entre os alcalinos e haletos, portanto
é muito pequeno →
fica muito grande.
Passo 4
Definição e interpretação da entalpia de hidratação. A entalpia de hidratação
é a energia liberada quando íons isolados são rodeados por moléculas de água (processo exotérmico,
). Qualitativamente,
ou seja, íons com alta densidade de carga (carga grande e/ou raio pequeno) liberam mais energia ao serem hidratados. Explicação: íons pequenos exercem campo elétrico mais forte nas moléculas de água, organizando-as fortemente e liberando mais energia. Assim Li
pequeno tem hidratação fortemente exotérmica; F
também, por ser pequeno, tem hidratação intensa.
Passo 5
Energia total envolvida na dissolução (entalpia de solução) e sinal das quantidades. Para separar o cristal gastamos energia
. Ao hidratar os íons liberamos energia
— que é a soma das hidratações do cátion e do ânion:
Interpretação: se a soma for fortemente negativa, a dissolução é favorecida termodinamicamente por entalpia; se a soma for positiva, a entalpia desfavorece a dissolução. Além disso a variação da energia livre é
e para que um sal se dissolva espontaneamente precisamos de
. Aqui
é a variação de entropia: dissolução costuma aumentar a desordem (positivo), mas essa vantagem entálpica/entrópica depende do caso.
Passo 6
Aplicando os conceitos ao caso específico
. Por que
é especial?
- Tanto
quanto têm raios iônicos muito pequenos. Pelo item do Passo 3, isso faz com que a energia reticular de seja particularmente alta (é difícil separar os íons do cristal). - A hidratação de Li
e F é também muito exotérmica (forte ), mas o aumento na magnitude de ao tornar os dois íons muito pequenos é maior do que o ganho relativo de energia de hidratação. Ou seja, para a energia necessária para quebrar o retículo supera (ou fica muito próxima) da energia liberada pela hidratação, tornando não suficientemente negativa — muitas vezes positiva ou pouco negativa — o que desfavorece dissolução.
Passo 7
Efeito de polarização / caráter covalente parcial (explicação de química fina). Li
é um cátion muito pequeno com alta densidade de carga e, por isso, tem grande poder de polarização: ele distorce a nuvem eletrônica do anião
. Essa distorção gera um aumento do caráter covalente na ligação iônica (ou seja, a interação não é puramente iônica). Consequências práticas: esse caráter parcial covalente contribui para tornar o sólido mais estável (aumenta a força de coesão) e simultaneamente torna a interação com água menos ideal do ponto de vista de solvolise. Em termos simples: Li
“segura” F
de um jeito que a água não consegue separar facilmente.
Passo 8
Papel da entropia e por que nem sempre hidratação “salva” a situação. Mesmo que a hidratação libere energia, pequenas partículas fortemente hidratadas criam camadas de água muito ordenadas ao redor delas; isso reduz o ganho de entropia
quando o sal se dissolve. Como
, se
não for bastante negativo e
não fornecer ganho suficiente, então
pode permanecer positivo — e a solubilidade será baixa. Em
há esse efeito de água fortemente estruturada ao redor de Li
e F
, o que não ajuda a tornar
negativo.
Passo 9
Comparação com outros haletos alcalinos (intuição prática para a prova). Para sais como
,
etc., o cátion é maior que Li
. Isso reduz fortemente
(porque
aumenta), enquanto a hidratação por cátion maior diminui em magnitude, mas a redução de
costuma ser maior que a perda de
. Resultado:
mais favorável e
, então esses sais dissolvem bem. Portanto, a baixa solubilidade de
é explicada por a combinação de (i) altíssima energia reticular por ambos íons muito pequenos, (ii) poder de polarização de Li
introduzindo caráter covalente, e (iii) efeitos entrópicos de hidratação muito ordenada.
Passo 10
Resumo final didático e dica de prova. Resumindo em linguagem direta:
é pouco solúvel porque é muito “difícil” separar Li
e F
no cristal (energia reticular muito alta) e a energia liberada ao hidratar esses íons não compensa essa dificuldade; além disso, Li
polariza F
tornando o enlace parcialmente covalente e a água se organiza demais ao redor dos íons, reduzindo o benefício entrópico. Dica prática: quando surgir em prova, cite lattice energy vs. hydration energy, use a expressão qualitativa
e mencione polarização de Li
. Isso resolve a justificativa em poucos passos, bem pontuada.
Resposta
A baixa solubilidade de
se deve principalmente à altíssima energia reticular resultante de ambos íons muito pequenos (Li
e F
), que não é suficientemente compensada pela entalpia de hidratação; além disso, o forte poder de polarização de Li
confere caráter parcialmente covalente ao retículo e a hidratação muito ordenada reduz a vantagem entrópica — tudo isso resulta em
desfavorável à dissolução, portanto
é apenas pouco solúvel.