Ligações Químicas - ligação iônica

dois elementos humanizados se abraçam na forma de casal, simbolizando a ligação química entre um íon positivo (cátion) e um negativo (ânion), que forma a ligação iônica.

Ligações químicas estão entre os assuntos mais importantes de toda a química, já que é delas que dependem a formação de substâncias, as reações e muitos outros fenômenos. Há, na natureza, várias possibilidades de ligações, que mantêm os diversos elementos unidos na forma de substâncias químicas. A primeira delas, que estudaremos nesta aula, é a ligação iônica.

Antes de começar

Hey! Se você está com dificuldade para entender a matéria, talvez tenha perdido algumas aulas. Aqui não será diferente, então fique ligado! Para poder entender este conteúdo, você irá precisar de:

link para a matéria correspondente à distribuição eletrônica, onde você pode saber mais sobre o assunto.

link para a matéria correspondente à tabela periódica, onde você pode saber mais sobre o assunto.

link para a matéria correspondente à camada de valência, onde você pode saber mais sobre o assunto.

Relembrando

O átomo possui uma estrutura semelhante à do sistema solar, com um núcleo contendo prótons e nêutrons e, ao seu redor, órbitas onde se localizam os elétrons.

ilustração da estrutura do átomo, com um núcleo central, contendo prótons e nêutons e as camadas ao seu redor, contendo os elétrons que orbitam ao seu redor.

Essas órbitas são camadas de energia que possuem subníveis e, neles, os elétrons permanecem na ordem de menor energia. A camada mais distante com elétrons presentes nela é denominada camada de valência e, para que um elemento permaneça estável, ele precisa que essa camada possua 8 elétrons (ou 2 se o elemento possuir apenas a camada K). A essa regra, damos o nome de teoria do octeto.

O que é uma ligação química?

Ligação química é o nome que recebe o fenômeno que faz com que dois ou mais átomos se agrupem e permaneçam "parceiros" por tempo indeterminado, até que algum outro fenômeno (físico ou químico) como uma reação química, por exemplo, desfaça essa parceria.

Na natureza, salvo algumas exceções, como os gases nobres, os elementos não são encontrados com seus átomos isolados, estando estes sempre ligados a outros átomos (que podem ser até do mesmo elemento), pois isso proporciona estabilidade entre eles.

Essa combinação pode ocorrer de diversas maneiras, que podem obedecer ou não à teoria do octeto.

Ligações iônicas

Este tipo de ligação forma conexões muito fortes entre dois átomos. Ela acontece sempre entre um metal e um ametal (inclusive o hidrogênio), e se dá por meio da perda de um ou mais dos elétrons de um átomo e absorção deles por outro átomo, de modo a satisfazer a teoria do octeto e fazer com que ambos os elementos terminem com 8 elétrons na camada de valência (ou 2, caso um deles só possua a camada 1).

Para entender melhor como ocorre esta forma de ligação, observe o exemplo do cloreto de sódio (NaCl), popularmente conhecido como sal de cozinha:

a imagem representa a distribuição eletrônica, segundo o diagrama de Linus Pauling para os elementos químicos sódio e cloro

Observe que o sódio já possui uma camada com 8 elétrons (a camada 2). Contudo, há ainda um elétron na camada seguinte. Já o cloro, por sua vez, apresenta sete elétrons na camada 3. Para que a teoria do octeto seja satisfeita, o sódio irá desfazer-se desse elétron extra, enquanto que o cloro irá absorvê-lo para si.
pode-se ver a reprensentação ilustrativa do elétron deixando o elemento sódio e sendo absorvido pelo elemento cloro.
Não possuindo mais nenhum elétron, a camada M do sódio (Na) deixa de existir e a sua última camada, a camada de valência, passa a ser agora a camada L, com 8 elétrons. O cloro (Cl), por sua vez, antes com 7 elétrons na camada M, agora possui também 8 elétrons em sua última camada. Isso traz estabilidade para ambos os átomos, portanto eles permanecem fortemente ligados após essa troca e passam a formar uma substância. Nesse exemplo, a substância formada recebe o nome de cloreto de sódio e sua fórmula é NaCl.

Importante: Quando esse processo acontece, ao perder ou ganhar elétrons, um elemento torna-se um íon, pois ele passa a ter carga elétrica (é por isso, inclusive, que o nome deste tipo ligação é "iônica"). Como os elétrons se tratam de cargas elétricas negativas, ao perdê-los, um elemento torna-se positivo e recebe o nome de cátion. Ao ganhá-los, contudo, sua carga passa a ser negativa e íon receberá o nome de ânion. Esses nomes são importantes e você deverá se lembrar deles daqui pra frente.

Não há limitações para a quantidade de elementos envolvidos no processo, sejam eles diferentes ou iguais, como no exemplo do fluoreto de magnésio (MgF2), veja:

Assim como no exemplo anterior, o elemento magnésio perde dois elétroms. Cada um deles é absorvido por um átomo de flúor diferente.

De forma semelhante ao que ocorreu com o sódio (Na) no exemplo anterior, o magnésio (Mg) também possui uma camada completa, com 8 elétrons, porém há dois elétrons excedentes em vez de apenas um. O flúor (F), por sua vez, assim com o cloro (Cl), necessita de um único elétron para satisfazer a teoria do octeto. Dessa maneira, o magnésio fará tudo duas vezes, junto com dois átomos de flúor. A substância formada nesse exemplo recebe o nome de fluoreto de magnésio e sua fórmula é MgF2. O índice 2, abaixo do símbolo do elemento flúor (F) indica que dois átomos do elemento fazem parte da substância. O magnésio (Mg), assim como o cloro (Cl) e o sódio (Na) no exemplo anterior, não possui índice, portanto apenas um único átomo desse elemento compõe a substância.

Em alguns exemplos a quantidade de elétrons excedentes coincidirá com a quantidade de elétrons faltantes a outros elementos. Nessas situações, os dois elétrons perdidos podem ser absorvidos pelo mesmo elemento, como acontece com o sulfeto de cálcio (CaS):

O elemento químico enxofre pode absorver dois elétrons, então não são necessárias duas unidades para ansorver os dois elétros do elemento cálcio.


Determinando a carga de um cátion ou ânion

Para determinar a carga de um átomo sem precisar realizar sua distribuição eletrônica todas as vezes, basta observar sua posição na tabela periódica (se você ainda não tem uma, pode usar a minha. Basta clicar aqui). Excetuando-se os metais de transição, que podem possuir variações complexas em sua estrutura eletrônica, a quantidade de elétrons na última camada pode ser facilmente determinada observando-se o nome da família.
Para os elementos à esquerda da família 14 (ou 4A), que possuem menos de 4 elétrons na última camada, é mais fácil perder esses elétrons, tonando-se íons positivos (cátions), enquanto que os elementos das famílias 15, 16 e 17, que possuem mais do que 4 elétrons em sua última camada, satisfazem a teoria do octeto mais facilmente através da absorção de elétrons (perdidos pelos elementos anteriores), tornando-se íons negativos (ânions). A carga elétrica de cada um desses elementos, após perder ou ganhar elétrons será numericamente igual à quantidade de elétrons perdidos ou ganhos, exatamente como vimos acima.

Fórmula e nomenclatura

A fórmula de uma substância formada por uma ligação iônica sempre deve ser escrita da seguinte forma:

A nota em forma de bilhete descreve como deve ser a fórmula da substância formada por ligação iônica, isto é, na frente escreve-se o elemento que perdeu elétrons (cátion), seguido do elemento que ganhou elétrons (ânion). À frente e abaixo de cada um, no índice, escrevemos a quantidade de cada um desses átomos. Se não houver índice, há aénas um átomo daquele elemento.


O nome da substância será formado começando pelo nome do ânion + "de" + nome do cátion. No exemplo acima,o ânion é o fluoreto e o cátion é o cálcio. Portanto, a substância é fluoreto de cálcio.

Não se preocupe com os nomes dos ânions. Você não é obrigado a decorá-los, mas, com o tempo e com a prática, é provável que acabe memorizando os mais comuns. Por enquanto, você pode usar a lista da minha tabela periódica, que você pode baixar aqui.

Carga elétrica e quantidade de átomos

Quando as cargas dos elementos envolvidos estão em determinadas configurações, como no caso do nitreto de magnésio (Mg3N2), na qual o magnésio possui carga elétrica igual a +2, e o nitrogênio igual a -3, pode ser um tanto quanto ardiloso determinar a quantidade necessária de cada elemento para satisfazer a teoria do octeto para ambos. Observe:

Ilustração mostra como é feita a absorção de 6 elétrons de 3 átomos de magnésio por dois átomos do elemento nitrogênio.


Mas não esquente. Vou te ensinar uma dica que vai salvar sua vida 😉

Após determinar as cargas dos elementos envolvidos em uma ligação do tipo iônica, torna-se simples saber em quais quantidades eles participam das substâncias formadas:

Elementos com cargas "iguais": (mesmo módulo) apenas um elemento de cada é envolvido na substância formada.

Elementos com cargas "diferentes": (módulos diferentes) a quantidade de cada elemento será igual à carga do outro. Não se esqueça de ignorar o sinal nessa parte. Não pode haver quantidade negativa de átomos em uma substância.

Viajou? Então preste atenção ao exemplo. Acima citamos um composto formado por nitrogênio (N) e magnésio (Mg), o nitreto de magnésio. Siga os passos:
  1. Determinar as cargas de cada elemento olhando a tabela periódica. Teremos Mg+2 e N-3.
  2. Escrever os elementos lado a lado, mantendo sempre o positivo à esquerda: MgN
  3. Como verificamos que as cargas são "diferentes", a quantidade de um será a carga do outro (sem sinal):
Ilustração no formato de página de caderno (anotação de química), mostra o sistema de "cruzamento" de cargas para determinar as quantidades de cada elemento na ligação química.

Dessa forma, temos um composto de fórmula Mg3N2.

Se, ao invés do magnésio (Mg), o nitrogênio (N) estivesse ligado ao alumínio (Al), por exemplo, teríamos o seguinte:
  1. Determinar as cargas de cada elemento olhando a tabela periódica. Teremos Al+3 e N-3.
  2. Escrever os elementos lado a lado, mantendo sempre o positivo à esquerda: AlN
  3. Como verificamos que as cargas são "iguais", significa que há apenas um átomo de cada elemento no composto.
Assim, temos um composto de fórmula AlN. Muito cuidado! Se não houver índice sob os elementos, quer dizer que há um único átomo de cada elemento envolvido. O número 1 não precisa ser escrito.

Características dos compostos

Um composto formado por elementos unidos através de uma ligação iônica apresenta determinadas características que esse tipo de ligação confere. Por exemplo, esses compostos formam o que chamamos de retículo cristalino, organizando seus átomos em estruturas com vértices que resultam em um cristal.

Os átomos pertemcentes à substância cloreto de sódio (ou sal de cozinha), se dispõem no formato de cubos, alternando átomos de sódio e cloro nos vértices.

Além da estrutura cristalina os compostos formados por ligações iônicas ainda:
  • São sólidos à temperatura ambiente;
  • São solúveis em água;
  • Liberam íons quando em estado de fusão ou dissolvidos em água;
  • Conduzem eletricidade quando em estado de fusão, ou dissolvidos em água;
  • Possuem elevados pontos de fusão e ebulição.
  • Apresentam brilho.

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