Relembrando:
Se você leu as aulas anteriores sobre estrutura atômica dos elementos e configuração eletrônica dos átomos, você deve saber que quando um elemento tem o número de prótons igual ao número de elétrons, ele é chamado de átomo e este átomo tem carga neutra, pois temos quantidades de cargas positivas (prótons) igual as quantidades de cargas negativas (elétrons).
Isso significa que, por exemplo, o Lítio (família IA ou 1 na tabela periódica) tem como número atômico 3:
Tendo como número atômico o 3, ele possui 3 prótons (cargas positivas) em seu núcleo. Se ele é um átomo de lítio, isso quer dizer que ele deve possuir 3 elétrons também, para que este seja um elemento com carga neutra (mesma quantidade de elétrons e prótons).
Pois bem, então em resumo podemos saber quantos elétrons determinado átomo possui, apenas verificando seu número atômico na tabela periódica, e isto é uma dica super importante para darmos inicio a nossa aula.
Os gases nobres no estudo das ligações iônicas:
Dito isto, podemos observar que os elementos da família 18 na tabela periódica, os chamados ''gases nobres'', são muito difíceis de reagir com outros elementos:
Com base desta observação, foi constatado que os elementos desta família estão estáveis, tem seu átomo estabilizado, e por isso não havia a necessidade de reagir com outros elementos.
Mas o que cada um destes elementos tem em comum que não seja a sua forma gasosa? Ora, com exceção do Hélio, todos os demais elementos desta família possuíam 8 elétrons em sua camada de valência.
Foi com este pensamento que crio-se então a ''Regra do Octeto'', onde ela diz que para um átomo se estabilizar, o mesmo tende a ficar com exatos 8 elétrons na camada de valência.
Obviamente que iremos encontrar as exceções, como o caso do Hélio (e do Hidrogênio) que ficam estáveis com apenas 2 elétrons na camada de valência, mas a regra do octeto é muito importante para o estudo das ligações iônicas.
O que é a ligação iônica?
As ligações iônicas acontecem entre um cátion e um ânion, mais precisadamente entre um metal e um ametal.
Partindo do princípio que os átomos tendem a querer ter 8 elétrons na última camada da eletrosfera para se estabilizarem, vamos então tomar como exemplo um átomo de Potássio, por exemplo.
Verifique na sua tabela periódica que o potássio (K) tem como número atômico o 19, sendo assim, ele possui 19 prótons em seu átomo, e consequentemente, 19 elétrons:
Mas quantos elétrons ele possui na sua camada de valência?
Vamos fazer a distribuição eletrônica do mesmo:
Perceba que sua última camada é justamente 4s1,ou seja, o potássio possui apenas 1 elétron em sua camada de valência.
Lembrando que para ficar estável, o átomo deseja ficar com 8 elétrons na camada de valência, e no caso do potássio, ele possui apenas 1 elétron por ali. Tendo isto em mente, podemos então concluir que para o potássio ter seu átomo estável, ele deva ganhar mais 7 elétrons para completar os 8, não?
Sim até que sim, mas observe atentamente a configuração eletrônica deste átomo:
A sua penúltima camada (3) possui o seguinte: 3s2 e 3p6, que somados são exatos 8 elétrons (6+2).
Ou seja, você não concorda que seria muito mais simples o potássio se livrar de sua última camada (4) que possui um elétron apenas, e deixar como sendo sua última camada, a camada 3 que já possui os 8 elétrons? Claro que sim, não?
Com isto, ele 'doa' seu único elétron da camada 4, e então a camada 3 agora fica como sendo sua camada de valência que tem 8 elétrons, pronto, o potássio está estável.
Se o potássio se livrou de um elétron (carga negativa), ele tende então a ter mais quantidade de carga positiva: Tinha 19 prótons (positivo) e 19 elétrons (negativo), a carga era até então neutra, ou seja, temos aqui um átomo. Se ele livrou-se de um elétron que é a carga negativa, o potássio ficou com: 19 prótons e 18 elétrons, ou seja, agora este íon tem mais carga positiva, ele é um cátion:
Sendo o número 1 representado na fórmula do cátion de potássio, a quantidade de elétrons que ele perdeu.
Outra dica que tenho a dar a você aqui nesta aula é que: Você não precisa necessariamente sempre realizar a distribuição eletrônica de cada elemento para saber quantos elétrons o mesmo possui em sua última camada, para isto, basta verificar onde ele está na tabela periódica, em que família ele se encontra. (Isso não se aplica aos elementos das famílias com sufixo 'b': IB, IIB, IIIB, VIB, e etc...).
O potássio pertence a família 1 na tabela, ou seja, ele tem 1 elétron na sua camada de valência, assim como os demais elementos desta família: Hidrogênio, Lítio, Sódio, Potássio, Rubídio, Césio e Frâncio.
Então por exemplo, os elementos da família IIA da tabela periódica (O Cálcio, por exemplo) possui 2 elétrons na camada de valência, e para tornar sua penúltima camada a última, ele irá doar seus 2 elétrons desta camada, ou seja, no caso do Cálcio, sua cátion é:
Observe a configuração eletrônica do Cálcio:
Note que sua última camada (4) possui exatos 2 elétrons, ao se livrar desta camada (doando seus 2 elétrons para algum elemento) a camada 3 passa a ser sua camada de valência, que consequentemente possui 8 elétrons: 2+6.
Pois bem, observando este fato podemos afirmar que uma das características dos metais então é perder seus elétrons da camada de valência, ficando com cargas positivas, tornando-se então cátions.
Agora vamos observar um ametal... O flúor, por exemplo.
Ao notar a tabela periódica percebemos que por este pertencer a família VIIA, o flúor tem 7 elétrons em sua camada de valência.
Utilizando a regra do octeto, o que seria mais vantagem pro flúor para se estabilizar? Perder 7 elétrons, ou ganhar mais um para completar os 8? Ganhar, claro!
Então, ao ganhar carga negativa (um elétron) o flúor que tinha 9 prótons e 9 elétrons, passou a ter 9 prótons e 10 elétrons, ou seja, ele se torna um íon negativo, um ânion:
A característica dos ametais é que eles recebem elétrons para se estabilizar, ao contrário dos metais que doam estes elétrons, o que torna os ametais íons negativos, ânions.
Então vamos supor que o potássio (K) doe seu elétron da camada de valência para o flúor (F), então teremos o seguinte:
Veja que ambos possuem cargas opostas, e isto irá causar uma atração entre esses dois íons, pois o negativo irá atrair o positivo, e vice-versa...
Por conta desta atração, o cátion de potássio irá se ligar ao ânion de flúor, e ambos então irão realizar a ligação iônica, formando um composto chamando de Fluoreto de potássio que é um sal:
Vamos ver mais um exemplo?
O átomo de metal de Sódio, como está na família IA da tabela, irá doar um elétron e se tornará um cátion de sódio:
O cloro está na família VIIA, então por possuir 7 elétron em sua camada de valência, vai receber mais 1 elétron para se estabilizar, então com isso, se tornará um ânion de cloro:
Agora temos íons com cargas opostas:
Logo, teremos uma atração entre estas cargas, e finalmente a ligação iônica que irá formar o composto NaCl, o cloreto de sódio, mas conhecido como 'sal para cozinhar':
Vejamos outro exemplo:
O magnésio está na família IIA da tabela, ou seja, ele irá doar 2 elétrons para se estabilizar.
Já no caso do oxigênio, ele por estar na família VI da tabela, conclui-se que ele possui 6 elétrons na camada de valência.
Ou seja, o magnésio precisa doar 2 elétrons, e o oxigênio deseja receber exatos 2 elétrons:
A ligação iônica entre estes elementos irá resultar no óxido de magnésio:
Um outro jeito de representar as ligações iônicas é através da representação de Lewis:
Notação de Lewis:
Esta notação é bem útil caso queiramos visualizar melhor os átomos dos elementos envolvidos na ligação iônica, e seus elétrons da camada de valência:
Aqui está um exemplo do modelo da representação de Lewis, onde no centro escrevemos o símbolo químico do elemento, e em volta do mesmo, as quantidades de elétrons de sua camada de valência.
Exemplo:
O estrôncio (Sr) na família IIA na tabela, possui dos elétrons em sua camada de valência, portanto, na representação de Lewis ele é escrito como:
Sendo esses pontos azuis, os seus elétrons da última camada.
E o enxofre (S) da família VIA da tabela, possui 6 elétrons em sua camada de valência, sua representação fica como sendo:
A ligação iônica desses elementos, faz com que o estrôncio libere seus dois elétrons para o enxofre, fazendo com que sua última camada agora passe a ter os oito elétrons, e esses mesmos 2 elétrons doados pelo estrôncio ao enxofre, fazem com que o enxofre complete 8 elétrons na camada de valência:
Note que através da representação de Lewis, esta troca de elétrons é visível mais facilmente.
Portanto, o estrôncio passa a ser um cátion com carga 2+, e o enxofre um ânion com carga 2-, onde realizam a ligação iônica formando o Sulfeto de estrôncio:
Vamos ver um exemplo diferente agora:
Imaginemos um átomo de sódio (Na) e outro de oxigênio (O):
De acordo com seus respectivos lugares na tabela periódica, eis aqui, ambos elementos descritos com base da representação de Lewis:
Segundo a lei do octeto, o sódio como metal irá doar seu elétron da camada de valência para se estabilizar, e o oxigênio como ametal receberá este elétron.
O oxigênio possui 6 elétrons na sua camada de valência, e o sódio apenas um, se o sódio doar este elétron para o oxigênio, o oxigênio irá ficar com 7 elétrons na camada de valência:
O sódio ira se estabilizar, mas o oxigênio não, pois ele agora possui 7 elétrons na camada de valência, sendo que necessita de 8.
O que fazer? Simples! Basta utilizar outro átomo de sódio para estabilizar o oxigênio:
Agora com a presença de mais um átomo de sódio, ele poderá doar seu elétron para o oxigênio, e no total o oxigênio irá ter os 8 elétrons na camada de valência que precisa para ficar estável.
A fórmula deste composto iônico então é escrita assim:
Pois foram 'utilizados' dois átomos de sódio para estabilizar o átomo de oxigênio, formando o óxido de sódio.
Algo similar que você ser feito é você escrever as cargas dos elementos, por exemplo, no caso do óxido de sódio temos o seguinte:
Lembre-se que as cargas dos elementos são descritas através da quantidade de elétrons que estes átomos irão perder ou receber.
Para encontrar a fórmula do óxido de sódio, basta inserir a carga do ânion como índice atômico do cátion, e a carga do cátion transformar em índice atômico do ânion, assim:
E novamente você vai encontrar a seguinte fórmula:
Vamos ver mais um exemplo para encerrar o assunto:
O alumínio (Al) e o Enxofre (S) segundo a notação de Lewis:
O alumínio tem 3 elétrons na camada de valência, enquanto o enxofre tem 6.
Se o alumínio perder apenas 2 dos seus 3 elétrons da sua última camada para o enxofre, o enxofre ja ficará com 8 elétrons, pois ele precisa apenas de 2 elétrons na camada de valência, e não de três:
Porém o alumínio não ficará estável pois ele ainda tem um elétron na camada de valência.
Para resolver isto, basta 'utilizar' outro enxofre:
Veja que agora o alumínio fica estável, mas o segundo enxofre não, pois ele recebeu apenas um elétron sendo que precisava de 2 na verdade. Então utiliza-se outro alumínio e dele retira-se apenas um elétron para estabilizar o enxofre com 8 elétrons:
Mas perceba que sobraram exatos 2 elétrons neste segundo alumínio, o que pode suprir mais um átomo de enxofre, e todos esses átomos ficarem estáveis:
Nisso tudo foram requisitados 2 átomos de alumínio e 3 de enxofre para a ligação iônica ocorrer corretamente, ou seja, a fórmula deste composto químico é:
Lembrando que se quiser, ao invés de utilizar a representação de Lewis, você pode utilizar o método de trocar as cargas dos elementos por seus índices atômicos:
E chegamos a mais um fim de aula, espero que tenham gostado do conteúdo, acompanhe as aulas posteriores para estudar mais sobre o assunto.
Bons estudos!
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