Ligação iônica: características, como é formada e exemplos - Ciência - 2023

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o ligação iônicaÉ um tipo de ligação química em que existe uma atração eletrostática entre íons com cargas opostas. Ou seja, um íon carregado positivamente forma uma ligação com um íon carregado negativamente, transferindo elétrons de um átomo para outro.

Este tipo de ligação química ocorre quando os elétrons de valência de um átomo são transferidos permanentemente para outro átomo. O átomo que perde elétrons se torna um cátion (com carga positiva), e o que ganha elétrons se torna um ânion (com carga negativa).

Conceito de ligação iônica

A ligação iônica é aquela pela qual partículas eletricamente carregadas, chamadas de íons, interagem para dar origem a sólidos iônicos e líquidos. Essa ligação é o produto de interações eletrostáticas entre centenas de milhões de íons e não se limita a apenas alguns deles; ou seja, vai além da atração entre uma carga positiva e uma carga negativa.

Considere, por exemplo, o composto iônico cloreto de sódio, NaCl, mais conhecido como sal de cozinha. No NaCl predomina a ligação iônica, por isso é composto de íons Na⁺ e Cl^–. Então uma⁺ é o íon positivo ou cátion, enquanto Cl^– (cloreto) é o íon negativo ou ânion.

Tanto o Na⁺ como Cl^– eles são atraídos por terem cargas elétricas opostas. As distâncias entre esses íons permitem que outros se aproximem, de modo que pares e pares de NaCl aparecem. Na cations⁺ eles se repelirão por serem de cargas iguais, e o mesmo acontece entre si com ânions Cl.^–.

Chega um momento em que milhões de Na ions⁺ e Cl^– eles conseguem unificar, unir, para criar uma estrutura o mais estável possível; um governado por ligação iônica (imagem superior). Na cations⁺ são menores do que os ânions Cl^– devido ao aumento da força nuclear efetiva de seu núcleo nos elétrons externos.

A ligação iônica é caracterizada pelo estabelecimento de estruturas ordenadas onde a distância entre os íons (Na⁺ e Cl^– no caso do NaCl) é pequeno em comparação com os outros sólidos. Portanto, falamos de uma estrutura cristalina iônica.

Como uma ligação iônica é formada?

A ligação iônica só ocorre se uma distribuição de elétrons ocorrer de forma que as cargas dos íons surjam. Esse tipo de ligação nunca pode ocorrer entre partículas neutras. Deve haver necessariamente cátions e ânions. Mas de onde eles vêm?

Existem muitos caminhos pelos quais os íons se originam, mas essencialmente muitos são sustentados por uma reação de redução de oxidação. A maioria dos compostos iônicos inorgânicos consiste em um elemento metálico ligado a um elemento não metálico (aqueles do bloco p da tabela periódica).

O metal deve oxidar, perder elétrons, para se tornar um cátion. Por outro lado, o elemento não metálico é reduzido, ganha esses elétrons e se torna um ânion. A imagem a seguir ilustra este ponto para a formação de NaCl a partir de átomos de sódio e cloro:

O átomo de Na doa um de seus elétrons de valência para o Cl. Quando essa distribuição de elétrons ocorre, íons de Na são formados⁺ e Cl^–, que começam a se atrair imediatamente e eletrostaticamente.

Portanto, é dito que Na⁺ e Cl^– eles não compartilham nenhum par de elétrons, ao contrário do que poderia ser esperado para uma ligação covalente Na-Cl hipotética.

Propriedades de ligação iônica

A ligação iônica é não direcional, ou seja, sua força não está presente em uma única direção, mas se espalha pelo espaço em função das distâncias que separam os íons. Este fato é importante, pois significa que os íons estão fortemente ligados, o que explica várias das propriedades físicas dos sólidos iônicos.

Ponto de fusão

A ligação iônica é responsável pela fusão do sal à temperatura de 801 ºC. Essa temperatura é consideravelmente alta em comparação com os pontos de fusão de vários metais.

Isso ocorre porque o NaCl deve absorver calor suficiente para que seus íons comecem a fluir livremente para fora de seus cristais; isto é, as atrações entre Na⁺ e Cl^–.

Ponto de ebulição

Os pontos de fusão e ebulição dos compostos iônicos são especialmente altos devido às suas fortes interações eletrostáticas: suas ligações iônicas. No entanto, como essa ligação envolve muitos íons, esse comportamento é geralmente atribuído a forças intermoleculares, e não propriamente à ligação iônica.

No caso do sal, uma vez que o NaCl tenha derretido, um líquido composto dos mesmos íons iniciais é obtido; só agora eles se movem com mais liberdade. A ligação iônica ainda está presente. Na íons⁺ e Cl^– eles se encontram na superfície do líquido para criar uma alta tensão superficial, que evita que os íons escapem para a fase gasosa.

Portanto, o sal fundido deve aumentar ainda mais sua temperatura para ferver. O ponto de ebulição do NaCl é 1465 ° C. Nessa temperatura o calor supera as atrações entre Na⁺ e Cl^– no líquido, os vapores de NaCl começam a se formar com uma pressão igual à atmosférica.

Eletro-negatividade

Já foi dito que a ligação iônica é formada entre um elemento metálico e um elemento não metálico. Resumindo: entre um metal e um não metal. Normalmente é assim com relação aos compostos iônicos inorgânicos; especialmente aqueles do tipo binário, como NaCl.

Para uma distribuição de elétrons ocorrer (Na⁺Cl^–) e não um compartilhamento (Na-Cl), deve haver uma grande diferença na eletronegatividade entre os dois átomos. Caso contrário, não haveria ligação iônica entre os dois. Possivelmente o Na e o Cl se aproximam, interagem, mas imediatamente o Cl, devido à sua maior eletronegatividade, "tira" um elétron do Na.

No entanto, esse cenário se aplica apenas a compostos binários, MX, como NaCl. Para outros sais ou compostos iônicos, seus processos de formação são mais complicados e não podem ser abordados de uma perspectiva puramente atômica ou molecular.

Tipos

Não existem diferentes tipos de ligações iônicas, já que o fenômeno eletrostático é puramente físico, variando apenas a maneira como os íons interagem, ou o número de átomos que possuem; isto é, se eles são íons monoatômicos ou poliatômicos. Da mesma forma, cada elemento ou composto origina um íon característico que define a natureza do composto.

Na seção de exemplos, nos aprofundaremos neste ponto e será visto que a ligação iônica é a mesma em essência em todos os compostos. Quando isso não é cumprido, diz-se que a ligação iônica apresenta um certo caráter covalente, que é o caso de muitos sais de metais de transição, onde os ânions coordenam com os cátions; por exemplo, FeCl₃ (Fé³⁺-Cl^–).

Exemplos de ligações iônicas

Vários compostos iônicos serão listados abaixo, e seus íons e proporções serão destacados:

- Cloreto de magnésio

MgCl₂, (Mg²⁺Cl^–), em uma proporção de 1: 2 (Mg²⁺: 2 Cl^–)

- Fluoreto de Potássio

KF, (K⁺F^–), em uma proporção de 1: 1 (K⁺: F^–)

- Sulfeto de sódio

N / D₂S, (Na⁺S^2-), em uma proporção de 2: 1 (2Na⁺: S^2-)

- Hidróxido de lítio

LiOH, (Li⁺Oh^–), em uma proporção de 1: 1 (Li⁺: OH^–)

- fluoreto de cálcio

CaF₂, (Ca²⁺F^–), em uma proporção de 1: 2 (Ca²⁺: 2F^–)

- Carbonato de sódio

N / D₂CO₃, (N / D⁺CO₃^2-), em uma proporção de 2: 1 (2Na⁺: CO₃^2-)

- Carbonato de cálcio

Ladrao₃, (Ca²⁺CO₃^2-), em uma proporção de 1: 1 (Ca²⁺: CO₃^2-)

- Permanganato de potássio

KMnO₄, (K⁺MnO₄^–), em uma proporção de 1: 1 (K⁺: MnO₄^–)

- Sulfato de cobre

CURSO₄, (Cu²⁺SW₄^2-), em uma proporção de 1: 1 (Cu²⁺: TÃO₄^2-)

- Hidróxido de bário

Ba (OH)₂, (BA²⁺Oh^–), em uma proporção de 1: 2 (Ba²⁺: OH^–)

- Brometo de alumínio

AlBr₃, (Al³⁺Br^–), em uma proporção de 1: 3 (Al³⁺: 3Br^–)

- Óxido de ferro (III)

Fé₂OU₃, (Fé³⁺OU^2-), em uma proporção de 2: 3 (2Fe³⁺: 3O^2-)

- óxido de estrôncio

SrO, (Sr²⁺OU^2-), em uma proporção de 1: 1 (Sr²⁺: O^2-)

- cloreto de prata

AgCl, (Ag⁺Cl^–), em uma proporção de 1: 1 (Ag⁺: Cl^–)

- Outras

-CH₃COONa, (CH₃COO^–N / D⁺), em uma proporção de 1: 1 (CH₃COO^–: N / D⁺)

- NH₄I, (NH₄⁺Eu^–), em uma proporção de 1: 1 (NH₄⁺: EU^–)

Cada um desses compostos possui uma ligação iônica onde milhões de íons, correspondentes às suas fórmulas químicas, são atraídos eletrostaticamente e formam um sólido. Quanto maior a magnitude de suas cargas iônicas, mais fortes serão as atrações e repulsões eletrostáticas.

Portanto, uma ligação iônica tende a ser mais forte quanto maiores as cargas sobre os íons que compõem o composto.

Exercícios resolvidos

A seguir, serão resolvidos alguns exercícios que colocam em prática os conhecimentos básicos de ligação iônica.

- Exercício 1

Qual dos seguintes compostos é iônico? As opções são: HF, H₂O, NaH, H₂S, NH₃ e MgO.

Um composto iônico deve, por definição, ter uma ligação iônica. Quanto maior a diferença de eletronegatividade entre seus elementos constituintes, maior será o caráter iônico dessa ligação.

Portanto, as opções que não possuem elemento metálico estão descartadas em princípio: HF, H₂O, H₂S e NH₃. Todos esses compostos são constituídos apenas por elementos não metálicos. Cátion NH₄⁺ é uma exceção a esta regra, pois não possui nenhum metal.

As demais opções são NaH e MgO, que possuem os metais Na e Mg, respectivamente, fixados em elementos não metálicos. NaH (Na⁺H^–) e MgO (Mg²⁺OU^2-) são compostos iônicos.

- Exercício 2

Considere o seguinte composto hipotético: Ag (NH₄)₂CO₃I. Quais são seus íons e em que proporção eles estão no sólido?

Decompondo o composto em seus íons, temos: Ag⁺, NH₄⁺, CO₃^2- e eu^–. Estes são unidos eletrostaticamente seguindo a proporção 1: 2: 1: 1 (Ag⁺: 2NH₄⁺: CO₃^2-: EU^–) Isso significa que a quantidade de cátions NH₄⁺ é o dobro para íons de Ag⁺, CO₃^2- e eu^–.

- Exercício 3

Qual dos seguintes compostos você esperaria inicialmente que tivesse a ligação iônica mais forte? As opções são: KBr, CaS, Na₂SW₄, CuO, AlPO₄ e Pb₃P₄.

KBr é composto por íons K⁺ e Br^–, com uma magnitude de carga. Então, CaS possui os íons de Ca²⁺ e S^2-, com cargas de magnitude dupla, então pode-se pensar que a ligação iônica em CaS é mais forte do que em KBr; e também mais forte do que em Na₂SW₄, uma vez que este último é composto de íons Na⁺ Eu sou₄^2-.

Ambos CaS e CuO podem ter uma ligação iônica igualmente forte, uma vez que ambos contêm íons com cargas de dupla magnitude. Em seguida, temos o AlPO₄, com íons Al³⁺ e PO₄^3-. Esses íons têm cargas de magnitude tripla, então a ligação iônica em AlPO₄ deve ser mais forte do que todas as opções anteriores.

E, finalmente, temos o vencedor Pb₃P₄, porque se assumirmos que é formado por íons, estes passam a ser Pb⁴⁺ E P^3-. Suas cargas têm as maiores magnitudes; e portanto Pb₃P₄ é o composto que provavelmente possui a ligação iônica mais forte.

Referências

Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Ligação iônica. Recuperado de: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 de fevereiro de 2020). Ligações Iônicas vs Covalentes - Entenda a Diferença. Recuperado de: Thoughtco.com
Os editores da Encyclopaedia Britannica. (31 de janeiro de 2020). Ligação iônica. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
Dicionário Chemicool. (2017). Definição de Ligação Iônica. Recuperado de: chemicool.com