Exercícios Resolvidos de Ligações Iônicas

USP – Lista de Química Geral – Ligações Químicas. Questão 2.8. Modificada.

A energia do retículo cristalino de um composto iônico é a energia liberada quando os íons em estado gasoso são agrupados para formar um cristal. Seguem os valores de energia do retículo cristalino de alguns fluoreto:

Seguem valores de energia do retículo cristalino de alguns sais de potássio:

Compare os valores e explique as diferenças nos dois grupos.

Passo 1

Dá uma olhada aí na fórmula da energia do retículo cristalino:

U 0 = A N Z + Z - e 2 4 π ε 0 r 0 1 - 1 n

Tirando as constantes e o fator de repulsão ( 1 / n ), dois fatores regem o módulo da energia liberada na formação dos sólidos iônicos: a carga dos íons e a distância entre eles.

Quanto maior o valor das cargas ( Z + e Z - ), mais energia é liberada pela formação do sólido iônico. Quanto maior a distância entre o cátion e o ânion ( r 0 ), menos energia é liberada pela formação do sólido.

Quanto mais energia é liberada, mais estável é o sólido, maior a tendência dele se formar e mais intimamente os íons estão ligados na estrutura sólida.

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Passo 2

Na primeira tabela, os três sais tem o ânion fluoreto (F-) em comum.

Já os cátions são, respectivamente, N a + , M g 2 + e A l 3 + .

Quem tem carga maior atrai mais o ânion e gera uma ligação iônica mais forte. Por isso a ligação do fluoreto com o cátion de alumínio é mais forte que a ligação com o cátion de magnésio, que é mais forte que a ligação com o cátion do sódio.

Na fórmula da energia do retículo cristalino, um Z + maior leva a um maior valor (mais negativo) de U 0 .

Além disso, os três elementos estão no mesmo período da tabela periódica. Com maior Z e f f , o A l 3 +   terá o menor raio iônico, seguido pelo Z n 2 + e depois pelo N a + .

Raios maiores geram maiores valores de r o (que é a soma do raio do cátion com o raio do ânion), que é inversamente proporcional ao módulo de U 0 .

Aqui, o raio iônico dos cátion e suas cargas levam às diferenças de valores de U 0 observadas na primeira tabela.

Passo 3

Já na segunda tabela, todos os ânions tem a mesma carga (-1).

Por isso o fator determinante é o raio iônico.

Os quatro ânions são de elementos da família 17, os halogênios: F , C l , B r , I .

Em uma mesma família, conforme o período aumenta, aumenta o número de níveis da eletrosfera preenchidos e, por isso, o tamanho do átomo/íon também aumenta.

Assim:

I > B r > C l > F

Como as ligações iônicas são de origem eletrostática, quanto maior a distância entre os íons, menor a força da ligação.

Por isso os ânions menores geram ligações iônicas mais fortes e consequentemente maior liberação de energia na formação do sólido iônico.

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