Ligações iônicas

Cada íon sódio num cristal de sal tem exatamente seis vizinhos cloreto, todos a 282 pm.

Olhe grãos de sal de cozinha com uma lupa e muitos deles são cubinhos. Essa forma é uma pista do que acontece lá dentro. O cloreto de sódio não é feito de moléculas separadas. Ele é uma grade tridimensional regular de íons sódio e íons cloreto, alternando-se em todas as direções, e o cubo que você vê é essa grade repetida muitos milhões de vezes.

Dando e recebendo elétrons

Um átomo de sódio tem 11 elétrons distribuídos em 2, 8, 1. Seu único elétron externo fica preso com pouca força, então o sódio pode perdê-lo e ficar com a camada completa do neônio. Com 11 prótons, mas só 10 elétrons, ele vira um íon positivo, Na⁺. Um átomo de cloro tem 17 elétrons distribuídos em 2, 8, 7, faltando um para completar a camada. Ele recebe um elétron e vira Cl⁻, com 18 elétrons como o argônio. A eletronegatividade do sódio é 0.93 e a do cloro é 3.16. Com uma diferença tão grande, o elétron não é compartilhado; ele muda de dono.

Cargas opostas se atraem, e essa atração é a ligação iônica. Ela não aponta numa direção só. Cada Na⁺ puxa todos os Cl⁻ à sua volta, e cada Cl⁻ puxa todos os Na⁺. O jeito mais estável de empacotá-los é o arranjo do sal-gema mostrado no modelo: cada íon tem seis vizinhos de carga oposta, colocados acima, abaixo, à esquerda, à direita, na frente e atrás, a 90° uns dos outros. A distância entre centros vizinhos é 282 pm, metade da aresta de 564 pm do cubo que se repete.

Escrevendo a fórmula

Como não há moléculas separadas, a fórmula de um composto iônico só dá a proporção entre os íons. NaCl quer dizer um sódio para cada cloro. As cargas precisam somar zero. O magnésio forma Mg²⁺, então precisa de dois íons cloreto: MgCl₂. O alumínio forma Al³⁺ e o oxigênio forma O²⁻; os menores números inteiros que equilibram +3 e −2 são dois alumínios e três oxigênios, Al₂O₃. Os metais do grupo 1 formam íons 1+, os do grupo 2 formam 2+, os não metais do grupo 17 formam 1− e os do grupo 16 formam 2−.

O que a ligação iônica faz com as propriedades

Cada íon é preso por muitos vizinhos, então separar o cristal exige muita energia. O cloreto de sódio derrete a 801 °C, muito mais quente que um forno de cozinha. O sal sólido não conduz eletricidade, porque os íons estão travados no lugar. Derreta-o, ou dissolva-o em água, e os íons podem se mover, então o líquido conduz. Os cristais iônicos também são quebradiços. Bata com força num cristal de sal e uma camada desliza; de repente, cargas iguais ficam frente a frente, se repelem e o cristal se parte ao longo de uma face plana.

Os íons não têm o mesmo tamanho dos átomos de onde vieram. Ao perder a camada externa, o sódio encolhe para um raio iônico de cerca de 102 pm, enquanto o elétron a mais faz o cloreto inchar para cerca de 181 pm. Na vista de preenchimento espacial, os grandes íons cloreto verdes ocupam a maior parte do espaço e os pequenos íons sódio roxos ficam nos vãos entre eles.

Quando o sal se dissolve na água, o retículo se desfaz um íon de cada vez. As moléculas de água se aglomeram em volta de cada íon: as pontas de oxigênio, levemente negativas, ficam voltadas para os íons Na⁺, e as pontas de hidrogênio, levemente positivas, para os íons Cl⁻. Cercados assim, os íons se afastam do cristal e se espalham pela água. Como os íons dissolvidos podem se mover, a água salgada conduz eletricidade, um dos motivos de aparelhos elétricos e água do mar serem uma mistura perigosa. Você vai ver por que as moléculas de água têm pontas com carga na unidade sobre polaridade.