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Formação de Compostos Iônicos Exotérmicos

Formação de Compostos Iônicos Exotérmicos

Você já se perguntou por que a formação de compostos iônicos é exotérmica? A resposta rápida é que o composto iônico resultante é mais estável do que os íons que o formaram. A energia extra dos íons é liberada como calor quando se formam ligações iônicas. Quando mais calor é liberado de uma reação do que o necessário para que isso aconteça, a reação é exotérmica.

Entenda a energia da ligação iônica

As ligações iônicas se formam entre dois átomos com uma grande diferença de eletronegatividade entre si. Normalmente, essa é uma reação entre metais e não metais. Os átomos são muito reativos porque não possuem invólucros completos de elétrons de valência. Nesse tipo de ligação, um elétron de um átomo é essencialmente doado ao outro átomo para preencher sua camada de elétrons de valência. O átomo que "perde" seu elétron na ligação se torna mais estável porque a doação do elétron resulta em um invólucro de valência cheio ou meio cheio. A instabilidade inicial é tão grande para os metais alcalinos e as terras alcalinas que pouca energia é necessária para remover o elétron externo (ou 2, para as terras alcalinas) para formar cátions. Os halogênios, por outro lado, aceitam prontamente os elétrons para formar ânions. Embora os ânions sejam mais estáveis ​​que os átomos, é ainda melhor se os dois tipos de elementos puderem se reunir para resolver seu problema de energia. É aqui que a ligação iônica ocorre.

Para realmente entender o que está acontecendo, considere a formação de cloreto de sódio (sal de mesa) a partir de sódio e cloro. Se você tomar metal de sódio e gás de cloro, o sal se forma em uma reação espetacularmente exotérmica (por exemplo, não tente fazer isso em casa). A equação química iônica balanceada é:

2 Na (s) + Cl2 (g) → 2 NaCl (s)

O NaCl existe como uma rede cristalina de íons sódio e cloro, onde o elétron extra de um átomo de sódio preenche o "buraco" necessário para completar a camada externa de um átomo de cloro. Agora, cada átomo tem um octeto completo de elétrons. Do ponto de vista energético, essa é uma configuração altamente estável. Examinando a reação mais de perto, você pode ficar confuso porque:

A perda de um elétron de um elemento é sempre endotérmico (porque é necessária energia para remover o elétron do átomo.

Na → Na+ + 1 e- ΔH = 496 kJ / mol

Enquanto o ganho de um elétron por um não-metal é geralmente exotérmico (a energia é liberada quando o não-metal ganha um octeto completo).

Cl + 1 e- → Cl- ΔH = -349 kJ / mol

Portanto, se você simplesmente fizer as contas, poderá ver que a formação de NaCl a partir de sódio e cloro na verdade exige a adição de 147 kJ / mol para transformar os átomos em íons reativos. No entanto, sabemos que, observando a reação, a energia líquida é liberada. O que está acontecendo?

A resposta é que a energia extra que torna a reação exotérmica é a energia da rede. A diferença na carga elétrica entre os íons sódio e cloro faz com que eles sejam atraídos um pelo outro e se movam um em direção ao outro. Eventualmente, os íons de carga oposta formam uma ligação iônica entre si. O arranjo mais estável de todos os íons é uma treliça de cristal. Para quebrar a rede de NaCl (a energia da rede), é necessário 788 kJ / mol:

NaCl (s) → Na+ + Cl- ΔHtreliça = +788 kJ / mol

A formação da rede inverte o sinal na entalpia, então ΔH = -788 kJ por mole. Então, mesmo que sejam necessários 147 kJ / mol para formar os íons, muito mais energia é liberada pela formação de treliça. A variação líquida de entalpia é de -641 kJ / mol. Assim, a formação da ligação iônica é exotérmica. A energia da rede também explica por que os compostos iônicos tendem a ter pontos de fusão extremamente altos.

Os íons poliatômicos formam ligações da mesma maneira. A diferença é que você considera o grupo de átomos que forma esse cátion e ânion em vez de cada átomo individual.


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