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ILUSTRAÇÃO DO EXPERIMENTO DA FORMAÇÃO DE UM COMPOSTO IÔNICO ILUSTRAÇÃO ESQUEMÁTICA DA FORMAÇÃO DA LIGAÇÃO IÔNICA A ENERGÉTICA DA FORMAÇÃO DO COMPOSTO IÔNICO EI = energia de ionização; AE = afinidade eletrônica A ENERGÉTICA DA FORMAÇÃO DO COMPOSTO IÔNICO: O CICLO DE BORN‐HABER ENERGIA RETICULAR DE ALGUNS COMPOSTOS IÔNICOS E O RETÍCULO CRISTALINO DO NaCl • Energia reticular é a energia liberada quando da formação do retículo cristalino, isto é, o arranjo regular dos íons metálicos [(Mn+) (cátions)] e não metálicos [(Xn‐) (ânions)] que constitui o composto iônico sólido; essa energia, altamente exotérmica (Etapa E), é a principal responsável pela estabilidade do composto iônico. Energias Reticulares de compostos iônicos ENERGIA RETICULAR DE ALGUNS COMPOSTOS IÔNICOS Energias de retículos cristalinos na formação de haletos de metais alcalinos de acordo com a reação: M+ (g) + X‐ (g) → MX (s) onde M = metal e X = halogênio Como interpretar este gráfico? Retículo cristalino refere‐se ao arranjo regular dos íons Mn+ e Xn‐que formam os compostos iônicos CONCLUSÃO IMPORTANTE! “Quando da formação de um composto este é mais estável do que os reagentes separados.” • Ilustração ‐ No exemplo da formação do cloreto de sódio, NaCl, e do ponto de vista energético, verifica‐se que a principal responsável pela estabilidade do composto iônico é a energia reticular, que corresponde a etapa de maior liberação de energia pois cada íon sódio e cada íon cloreto formam seis ligações iônicas. A FORMAÇÃO DE UM COMPOSTO IÔNICO: ESTRUTURA DE LEWIS • A estrutura de Lewis é escrita para átomos, íons e compostos; para tal escreve‐se o símbolo do elemento (representando o núcleo e os elétrons internos) e por meio de pontos ou cruzes os elétrons seus elétrons de valência. A FORMAÇÃO DE UM COMPOSTO IÔNICO: A FORMAÇÃO DOS ÍONS • O elétron de valência do átomo de sódio é Transferido para o átomo de flúor formando o íon sódio e o íon fluoreto. A FORMAÇÃO DE UM COMPOSTO IÔNICO: A FORMAÇÃO DO PAR IÔNICO • Há então a formação do par iônico: íon sódio (cátion), com raio menor que o do átomo de sódio, e o íon cloreto (ânion) com raio maior que o do átomo de cloro. A FORMAÇÃO DO RETÍCULO CRISTALINO: O COMPOSTO IÔNICO • Os pares iônicos começam a interagir e vai sendo formado o retículo cristalino do composto cloreto de sódio. A FORMAÇÃO DA LIGAÇÃO IÔNICA • Para entender a formação deste tipo de ligação química é importante conhecer: estrutura de Lewis de átomos; estrutura de Lewis de íons monoatômicos; estrutura de Lewis de compostos iônicos. ESTRUTURA DE LEWIS DE ÁTOMOS Configuração eletrônica: 1s22s22p6 3s2 Cerne Elétrons de valência Mg : • O símbolo químico numa estrutura de Lewis (Mg no exemplo) representa o cerne do átomo, isto é, o núcleo e todos os elétrons das camadas internas, enquanto os pontos em torno do símbolo químico representam os elétrons de valência. ESTRUTURA DE LEWIS DE ÁTOMOS (Cont.) ESTRUTURA DE LEWIS DE ÍONS MONOATÔMICOS • Cátion: • Ânion: Estrutura de Lewis do cátion Estrutura de Lewis do ânion ESTRUTURA DE LEWIS DE ÍONS MONOATÔMICOS: CÁTIONS E ÂNIONS Sn Mn 4+ 4+ ESTRUTURA DE LEWIS DE ÍONS MONOATÔMICOS: ÂNIONS ESTRUTURA DE LEWIS DE COMPOSTOS IÔNICOS • Cloreto de Sódio (sal) NaCl • Óxido de Sódio (óxido) Na2O • Cloreto de Cálcio (sal) CaCl2 NOMENCLATURA DE CÁTIONS • A denominação de cátions de acordo com a IUPAC: Cátions monoatômicos com único estado de oxidação (carga): “cátions monoatômicos de elementos que formam somente um tipo de cátion (uma só carga ou nº de oxidação) recebem os mesmos nomes dos elementos correspondentes, com a palavra íon antecedendo o nome do elemento”. Exemplos: Grupo 1: Li+→ íon lítio; Na+ → íon sódio Grupo 2: Mg2+ → íon magnésio; Ca2+ → íon cálcio Grupo 13: Al3+ → íon alumínio; Ga3+ → íon gálio Cátions monoatômicos com mais de um estado de oxidação (carga) “cátions monoatômicos de elementos que formam mais de um tipo de cátion (mais de uma carga ou nº de oxidação) recebem os mesmos nomes dos elementos correspondentes, com a palavra íon antecedendo o nome do elemento e a carga do íon, em algarismo romano e entre parênteses logo após o nome do elemento ‐ sem espaço ”. Exemplos: Cobre: Cu+ → íon cobre(I); Cu2+ → íon cobre(Ii); Ferro: Fe2+ → íon ferro(II); Fe3+ → íon ferro(III); Cromo: Cr2+ → íon cromo(II); Cr3+ → íon cromo(III); Estanho: Sn2+ → íon estanho(II); Sn4+→ íon estanho(IV. Cátions poliatômicos “cátions poliatômicos são denominados de várias maneiras, dependendo do tipo”: ‐ com um ou mais átomos de oxigênio ligados a átomos de um segundo elemento são denominados com o sufixo ilo. UO22+→ íon uranilo(VI) NO+ → íon nitrosilo. ‐ não segue as recomendações da IUPAC NH4+→ íon amônio ‐ a IUPAC recomenda para H3O+ → íon oxônio e não íon hidrônio. ‐ o íon diatômico Hg22+→ íon mercúrio(I). NOMENCLATURA DE ÂNIONS • A denominação de ânions de acordo com a IUPAC: Ânions monoatômicos: “ânions monoatômicos são denominados pela adição dos sufixos eto e ido, à raiz do nome do elemento antecedida da palavra íon”. Exemplos: H‐ : íon hidreto; O2‐ : íon óxido; S2- : íon sulfeto; Se2- : íon seleneto; Te2- : íon telureto; N 3‐ : íon nitreto; P 3‐ : íon fosfeto; As 3‐ : íon arseneto; F ‐ : íon fluoreto; Cl‐ : íon cloreto; Br‐ : íon brometo; I-: íon iodeto ânions poliatômicos OH‐ hidroxila MnO42‐ manganato CO32‐ carbonato MnO4‐ permanganato HCO3‐ (*) bicarbonato NO2‐ nitrito SiO44‐ silicato NO3‐ nitrato ClO‐ hipoclorito SO32‐ sulfito ClO2‐ clorito SO42‐ sulfato ClO3‐ clorato HSO3‐ bissulfito ClO4‐ perclorato HSO4‐ bissulfato CrO42‐ cromato PO43‐ fosfato Cr2O72‐ dicromato HPO4 2‐ hidrogenossulfato (*) Hidrogenocarbonato ou bicarbonato. A DENOMINAÇÃO E A ESCRITA DA FÓRMULA DE UM COMPOSTO IÔNICO • A escrita: “A fórmula de um composto iônico é escrita com o cátion em primeiro lugar seguido do ânion”: • A denominação: “Os compostos iônicos são denominados por especificar o nome do ânion seguido do nome do cátion (com a indicação da sua carga em algarismo romano, quando o elemento apresentar a possibilidade de mais de uma carga)”. cloreto de cobre(II) Nome do ânion Nome do cátion Cl2Cu Os exemplos mostram como escrever e denominar compostos: SAIS A ESCRITA DA FÓRMULA E DENOMINAÇÃO DE UM COMPOSTO IÔNICO Cloreto de potássio KCl Brometo de cálcio CaBr2 Nitrato de amônio NH4NO3 Fosfato de bário Ba3(PO4)2 Hidrogenofosfato de sódio Na2HPO4 Fosfato de sódio Na3PO4 Hipoclorito de cálcio Ca(ClO)2 Bromito de lítio LiBrO2 Iodato de alumínio Al(IO3)3 Perclorato de titânio(IV)) Ti(ClO4)4 Carbonato de cobre(II) CuCO3 Hidrogenocarbonato de cobalto(III) Co(HCO3)3 Cromato de ferro(II) FeCrO4 Dicromato de ferro(III) Fe2(Cr2O7)3 Os exemplos mostram como escrever e denominar compostos: ÓXIDOS de metais. (OBS. ÓXIDOS de não metais ver à frente) Óxido de sódio Na2O Óxido de lítio Li2O Óxido de cálcio CaO Óxido de bário BaO Óxido de alumínio Al2O3 Óxido de gálio Ga2O3 Óxido de estanho(II) SnO Óxido de estanho(III) SnO2 Óxido de ferro(II) FeO Óxido de ferro(III) Fe2O3 Óxido de titânio(IV) TiO2 Os exemplos mostram como escrever e denominar compostos: HIDRÓXIDOS (BASES) Hidróxido de sódio NaOH Hidróxido de potássio KOH Hidróxido de magnésio Mg(OH)2 Hidróxido de cálcio Ca(OH)2 Hidróxido de bário Ba(OH)2 Hidróxido de alumínio Al(OH)3 Hidróxido de cobre(I) CuOH Hidróxido de cobre(II) Cu(OH)2 Hidróxido de chumbo(II) Pb(OH)2 Hidróxidode chumbo(IV) Pb(OH)4 Hidróxido de cobalto(III) Co(OH)3 PROPRIEDADES DE COMPOSTOS IÔNICOS • Os compostos iônicos são sólidos e formam verdadeiras redes de íons positivos (cátions) e negativos (ânions) dispostos em três dimensões e denominadas retículo cristalino; portanto, não são moleculares. Retículo cristalino Cristal iônico de NaCl Retículo espacial • As ligações iônicas são ligações químicas fortes (cada íon é envolvido por vários outros de carga oposta). • Por ser a ligação iônica uma ligação química forte (cada íon é envolvido por vários outros de carga oposta), é difícil distorcer o retículo cristalino, assim, os compostos iônicos são rígidos porém quebradiços. • Embora quebradiços os compostos iônicos são facilmente clivados. Nota: Clivagem ‐ propriedade que têm certos cristais de se fragmentar segundo determinados planos, que sempre são faces possíveis do cristal. • Os compostos iônicos em geral têm altos pontos de fusão e entalpias ou calores de fusão. Como explicar as variações dessas duas propriedades dos compostos na tabela? • Os compostos iônicos são fracos condutores de eletricidade e de calor quando no estado sólido, porém, bons condutores no estado líquido. • A solubilidade dos compostos iônicos em água variam bastante, entretanto, aqueles em que o cátion e o ânion têm carga, +1 e ‐1, respectivamente, são bastante solúveis. EXERCÍCIOS 1 – Dizer o número de elétrons de valência dos átomos a seguir escrevendo suas configurações eletrônicas na forma simplificada (considerando o “core” ou “cerne “ dos gases inertes): As; Sc; Zn; Si; Ge; Ga; P; e Ra. 2 – Escrever os símbolos de Lewis para os átomos: Si; Al; Se, As; P e Ge. 3 – Descrever a formação do CaCl2 a partir dos átomos de Ca e Cl usando os símbolos de Lewis para os átomos. Este composto, cloreto de cálcio, é iônico, covalente ou metálico? 4 – Definir energia reticular ou energia de rede. Qual dos compostos deve ter energia de rede mais negativa: RbCl ou CsCl? Explicar. 5 – Quais dos compostos provavelmente não existem: MgCl; ScCl3 ; BaF3; CsKr e Na2O. 6 – No exercício 31 do Cap. 2, parte II, são tratadas regras de nomenclatura de cátions e ânions monoatômicos. Com base nas regras e utilizando a tabela periódica escrever as fórmulas (empíricas ou mínimas) dos seguintes compostos iônicos: a) iodeto de lítio; b) fluoreto de bário; c) cloreto de alumínio; d) sulfeto de potássio; e) nitreto de gálio; f) óxido de rubídio; g) fosfeto de cálcio h) óxido de zinco; i) cloreto de prata; j) óxido de alumínio; k) brometo de alumínio; l) óxido de titânio(IV); m) cloreto de cobalto(II); n) óxido de cobre(II); o) cloreto de ferro(III). 7 – Consultando a tabela de ânions poliatômicos, bem como a tabela periódica, escrever as fórmulas (empíricas ou mínimas) dos seguintes compostos iônicos: a) fosfato de potássio; b) bicarbonato de sódio; c) cromato de potássio; d) dicromato de potássio; e) nitrito de sódio; f) hidróxido de sódio (soda cáustica); g) sulfato de cálcio; h) hidróxido de magnésio; i) carbonato de bário; j) hipoclorito de sódio; k) perclorato de potássio; l) hidróxido de alumínio. 8 – Para fundir um sólido iônico, energia deve ser fornecida para vencer as forças (coulombianas) entre os íons e, com isso, “quebrar” a distribuição regular dos íons. Com a perda da ordem no retículo cristalino o sólido funde‐se passando à fase líquida. Se a distância entre os cátions e os ânions em um sólido cristalino iônico diminui (mas as cargas dos íons permanecem as mesmas), o ponto de fusão do sólido deve aumentar ou diminuir? Justificar a resposta. 9 – Prever o composto, em cada um dos pares mostrados a seguir, que tem ponto de fusão mais elevado: a) NaCl ou RbCl? b) Ba O ou MgO? c) NaCl ou MgS? Justificar, para cada composto, a sua escolha. FINAL DO ASSUNTO LIGAÇÃO IÔNICA