Voltar ao inícioQuímica · 1ª série · Mudar de matéria
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1ª série · Química
Ligação química e estrutura da matéria · A ligação química

Estabilidade de átomos e íons

Com exceção dos gases nobres, quase nenhum elemento aparece na natureza como átomo solto: o sódio metálico, o cloro das piscinas e o oxigênio do ar sempre estão combinados com outros átomos. Por que os átomos "preferem" se juntar? A resposta tem a ver com energia.

Por que os átomos se ligam

Se você colocar sódio metálico em contato com gás cloro, os dois reagem com violência, liberando luz e calor, e formam o sal de cozinha (NaCl). Essa substância é tão estável que, para separá-la de novo em sódio e cloro, é preciso fundi-la e passar corrente elétrica por ela. Por que os átomos isolados preferem se agrupar?

Gráfico da energia potencial em função da distância entre dois átomos: em distâncias muito curtas a energia sobe pela repulsão entre os núcleos, em grandes distâncias tende à dos átomos separados e, entre as duas, há um poço de energia mínima, que corresponde aos átomos ligados; a profundidade do poço é a energia de ligação. Energia potencial Distância entre os átomos Energia de ligação repulsão entre núcleos átomos separados átomos ligados: energia mínima

A profundidade do poço (a diferença entre os átomos separados e o mínimo) é a energia de ligação: a energia que é preciso fornecer para separar os átomos de novo.

Pratica★☆☆Por começar
Na natureza quase não se encontram átomos isolados: com exceção dos gases nobres, os elementos se apresentam sob a forma de compostos ou metais. a) Explique o que…

Na natureza quase não se encontram átomos isolados: com exceção dos gases nobres, os elementos se apresentam sob a forma de compostos ou metais.

  1. a) Explique o que significa um átomo ser «estável» e o que os átomos ganham ao se ligarem uns aos outros.
  2. b) O que acontece com a energia do conjunto quando os átomos formam uma ligação? Aumenta ou diminui?
Resolver
Pratica★☆☆Por começar
A regra do octeto orienta a química da maioria dos elementos. a) Enuncie-a com palavras suas. b) A quais elétrons do átomo ela se refere? c) Que configuração os átomos…

A regra do octeto orienta a química da maioria dos elementos.

  1. a) Enuncie-a com palavras suas.
  2. b) A quais elétrons do átomo ela se refere?
  3. c) Que configuração os átomos atingem quando a cumprem? Dê um exemplo de um elemento que já a possua naturalmente.
Resolver

Do átomo ao íon: cátions e ânions

Ajuste os elétrons deste modelo do sódio: com $11$ prótons e $11$ elétrons, o átomo é neutro; com $10$ elétrons, você tem o íon $\text{Na}^+$, com a mesma camada de valência do neônio.

Pratica★☆☆Por começar
Quando o sódio se combina com o cloro, cada átomo de sódio cede um elétron e se transforma no íon $\text{Na}^+$. O esquema representa a perda do elétron. a) Defina o que…

Quando o sódio se combina com o cloro, cada átomo de sódio cede um elétron e se transforma no íon $\text{Na}^+$. O esquema representa a perda do elétron.

Na átomo de Na cede 1 elétron Na +1 íon Na
  1. a) Defina o que é um cátion e o que é um ânion.
  2. b) Indique o sinal da carga de cada tipo de íon.
  3. c) O íon $\text{Na}^+$ é um cátion ou um ânion? Justifique a resposta.
Resolver
Pratica★☆☆Por começar
O magnésio ($Z = 12$) reage perdendo elétrons e formando o íon $\text{Mg}^{2+}$. a) Quantos elétrons cada átomo de magnésio perde? b) Quantos elétrons o íon formado tem…

O magnésio ($Z = 12$) reage perdendo elétrons e formando o íon $\text{Mg}^{2+}$.

  1. a) Quantos elétrons cada átomo de magnésio perde?
  2. b) Quantos elétrons o íon formado tem no total?
  3. c) Escreva o processo na forma de uma semiequação: $\text{Mg} \rightarrow \text{Mg}^{2+} + \ldots$ (complete o número de elétrons liberados).
Resolver
Pratica★☆☆Por começar
O cloro ($Z = 17$) da água das piscinas atua como desinfetante e, ao reagir, cada átomo ganha um elétron, formando o íon $\text{Cl}^{-}$. a) Quantos elétrons tem o íon…

O cloro ($Z = 17$) da água das piscinas atua como desinfetante e, ao reagir, cada átomo ganha um elétron, formando o íon $\text{Cl}^{-}$.

  1. a) Quantos elétrons tem o íon cloreto?
  2. b) É um cátion ou um ânion?
  3. c) Qual é a sua carga elétrica líquida? Justifique contando prótons e elétrons.
Resolver
Pratica★☆☆Por começar
Uma partícula contém $12$ prótons e $10$ elétrons. a) Calcule a carga líquida dela. b) É um átomo neutro, um cátion ou um ânion? c) Identifique o elemento e escreva o…

Uma partícula contém $12$ prótons e $10$ elétrons.

  1. a) Calcule a carga líquida dela.
  2. b) É um átomo neutro, um cátion ou um ânion?
  3. c) Identifique o elemento e escreva o símbolo do íon.
Resolver

Prever o íon mais estável

Modelo de camadas: o sódio (2, 8, 1) perde seu único elétron de valência e vira Na⁺ (2, 8), com a configuração do neônio; o cloro (2, 8, 7) ganha um elétron e vira Cl⁻ (2, 8, 8), com a configuração do argônio. Sódio (Z = 11): metal, 1 e⁻ de valência 11+ e⁻ perde 1 e⁻ em vez de ganhar 7 11+ + Na: 2, 8, 1 1 e⁻ a mais Na⁺: 2, 8 configuração do Ne Cloro (Z = 17): ametal, 7 e⁻ de valência 17+ vaga e⁻ ganha 1 e⁻ em vez de perder 7 17+ − Cl: 2, 8, 7 falta 1 e⁻ Cl⁻: 2, 8, 8 configuração do Ar

Diagramas de Lewis

O diagrama de Lewis mostra só os elétrons de valência, como pontos ao redor do símbolo. Os pontos são colocados um em cada lado antes de formar pares. Os elétrons que ficam sozinhos (desemparelhados) indicam quantas ligações o átomo costuma fazer.

Pratica★★☆Por começar
Os diagramas de Lewis representam os elétrons de valência como pontos ao redor do símbolo do elemento. a) Indique quantos elétrons de valência têm o sódio ($Z = 11$), o…

Os diagramas de Lewis representam os elétrons de valência como pontos ao redor do símbolo do elemento.

  1. a) Indique quantos elétrons de valência têm o sódio ($Z = 11$), o magnésio ($Z = 12$), o oxigênio ($Z = 8$) e o cloro ($Z = 17$).
  2. b) Desenhe no seu caderno o diagrama de Lewis de cada um dos quatro átomos.
  3. c) Quantos elétrons desemparelhados tem cada átomo? Relacione esse fato com o número de ligações que cada elemento costuma formar.

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Resolver

Espécies isoeletrônicas e tamanho dos íons

O raio do íon $\text{O}^{2-}$ é de $140\ \text{pm}$, enquanto o do $\text{Mg}^{2+}$ é de apenas $72\ \text{pm}$, embora os dois tenham exatamente $10$ elétrons. Por que duas espécies com a mesma eletrosfera têm tamanhos tão diferentes?

Comparação em escala do raio dos íons isoeletrônicos O²⁻ (8 prótons), Na⁺ (11) e Mg²⁺ (12), todos com 10 elétrons: o raio diminui quando o número de prótons aumenta. O²⁻ 8 prótons Na⁺ 11 prótons Mg²⁺ 12 prótons 140 pm 102 pm 72 pm mais prótons → menor raio Mesmos 10 elétrons, tamanhos bem diferentes
Pratica★★☆Por começar
Estas espécies parecem muito distintas: $\text{N}^{3-}$, $\text{O}^{2-}$, $\text{F}^{-}$, $\text{Na}^{+}$, $\text{Mg}^{2+}$ e $\text{Al}^{3+}$. Dados: $Z(\text{N}) = 7$,…

Estas espécies parecem muito distintas: $\text{N}^{3-}$, $\text{O}^{2-}$, $\text{F}^{-}$, $\text{Na}^{+}$, $\text{Mg}^{2+}$ e $\text{Al}^{3+}$. Dados: $Z(\text{N}) = 7$, $Z(\text{O}) = 8$, $Z(\text{F}) = 9$, $Z(\text{Na}) = 11$, $Z(\text{Mg}) = 12$, $Z(\text{Al}) = 13$.

  1. a) Calcule o número de elétrons de cada espécie.
  2. b) O que todas elas têm em comum?
  3. c) Explique o que significa serem isoeletrônicas e indique com qual gás nobre elas são.
Resolver

Por que existe um limite: energia de ionização

Para tirar o primeiro elétron do sódio são necessários $496\ \text{kJ/mol}$, mas para tirar o segundo são $4.562\ \text{kJ/mol}$, quase dez vezes mais. Por isso não existe o íon $\text{Na}^{2+}$ em compostos comuns. Por que a energia dispara de repente?

Este modelo representa o íon $\text{Mg}^{2+}$: restam só duas camadas completas. Imagine quanto custaria arrancar um terceiro elétron dessa camada interna, que já tem estrutura de gás nobre: por isso o magnésio nunca forma o $\text{Mg}^{3+}$.

Resumo

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