Nesse módulo aprofundaremos as diferenças entre compostos iônicos e covalentes, estudando as propriedades apresentadas por eles. Seria interessante que os alunos estivessem familiarizados com os conceitos de ácido e base de Lewis, uma vez que o aprofundamento será feito através da análise dos minérios encontrados na natureza.
Faremos uma análise da tabela abaixo, tentado
observar as diferenças entre compostos iônicos e covalentes.
| Composto | P.Fusão (ºC) | P.Ebulição (ºC) | Solubilidade em água (g/100g H2O) |
| CF4 | -184.0 | -128.0 | ~ 0 |
| CCl4 | -23.0 | 76.8 | ~ 0 |
| CBr4 | 90.0 | 189.5 | ~ 0 |
| Cl4 | 171.0 (decompõe) | - | ~ 0 |
| NaF | 993.0 | 1695.0 | 4.2 (18 ºC) |
| NACl | 801.0 | 1413.0 | 35.8 (18 ºC) |
| NaBr | 747.0 | 1390.0 | 116.0 (50 ºC) |
| NaI | 661.0 | 1304 | 184.0 (25 ºC) |
| H2O | 0.0 | 100.0 | - |
| NH3 | -77.7 | -33.4 | 89.9 |
| F2 | -219.0 | -188.1 | reage |
| Cl2 | -100.9 | -34.6 | 1.46 (0 ºC) |
| Br2 | -7.2 | 58.8 | 4.17 (0 ºC) |
| I2 | 113.5 | 184.4 | 0.03 (20 ºC) |
| HF | -83.1 | 19.5 | infinito |
| HCl | -114.8 | -84.9 | 82.3 (0 ºC) |
| HBr | -88.5 | -67.0 | 221.0 (0 ºC) |
| HI | -50.8 | -35.4 | 42.5 (0 ºC) |
Os compostos covalentes, por sua vez, são maus condutores elétricos quando puros, e podem conduzir corrente elétrica em solução aquosa desde que se ionizem em água. Apresentam geralmente pontos de fusão e ebulição menores do que os compostos tipicamente iônicos.
Segundo o conceito de ácido e base de Lewis, um cátion metálico pode ser considerado um ácido ligado a um par eletrônico fornecido por uma base, que seria um ânion. Dessa forma, a ligação química pode ser vista como resultado de uma reação do tipo ácido-base.
Os cátions metálicos que formam compostos nos quais a interação coulômbica são dominantes, ou seja compostos com alto caráter iônico, são classificados como ácidos duros. Na natureza, estes cátions aparecem associados a bases duras.
Já os cátions que formam compostos
nos quais o caráter covalente se torna significativo são
classificados como ácidos moles. Tais ácidos tendem a se
ligar a bases moles
| Duros | Fronteira | Moles | |
| Ácidos | H+, Li+,
Na+, K+, Be2+,
Mg2+, Ca2+, Al3+, Cr3+ |
Fe2+, Ni2+, Zn2+, Pb2 | Ag+, Au+, Hg2+, Cd2+ |
| Bases | F-, OH-,
O2-, H2O,
CO32-, SO42-, PO43- |
Br-, N3- | H-, I-, CN-, S2- |
Um ácido duro típico é representado por um cátion pouco polarizável, ou seja, aqueles que apresentam um relação carga/raio alta. São cátions relativamente pequenos e/ou com alta carga. As bases duras são ânions que doam o par de elétrons e têm pouca polarizabilidade. Características opostas às supra citadas caracterizam os ácidos e bases moles.O conceito de dureza ajuda a racionalizar um aspecto muito importante da química: por que os elementos químicos se encontram na natureza preferencialmente numa determinada forma?
Metais como lítio, sódio, alumínio e crômio são encontrados na forma de óxidos devido a uma maior interação entre ácidos e bases duros. Pela mesma razão, o fluoreto se encontra na forma de fluoreto de cálcio; e o alumínio é mais estável na forma de fluoreto do que na de cloreto.
Já ácidos moles como os cátions de metais como Ag, Cd, Pb e Hg estão presentes em minerais associados às bases moles tais como sulfetos e selenetos.
Os metais classificados como de fronteira podem se associar tanto às bases duras quanto às bases moles. Dessa forma, o cátion Fe2+ pode ser encontrado na forma de pirita (sulfeto ferroso - FeS) ou na forma de óxido (FeO).
Numa primeira aproximação, dizemos que os compostos iônicos são formados entre metais e ametais, enquanto os covalentes são formados pela ligação entre ametais. A classificação dos ácidos e bases de Lewis como duros e moles mostra que a ligação química pode ser mais precisamente descrita em termos do caráter, isto é, um composto formado pela ligação entre um metal e um ametal pode apresentar um caráter iônico preponderante (por exemplo, NaF) ou um caráter covalente mais pronunciado (AgI, HgS).
É importante ressaltar novamente que o caráter iônico de um composto é decisivo na determinação das propriedades dessa substância, isto é, um composto tipicamente iônico apresenta altos pontos de fusão e ebulição, e é um bom condutor eletrolítico quando fundido ou num meio que possibilite sua dissociação. Por sua vez, os compostos covalentes não apresentam pontos de fusão e ebulição tão altos e não são eletrólitos na forma de substância pura. Podemos exemplificar tomando como exemplo as substâncias AlCl3 e AlF3, a primeira sublima a 178 oC e se encontra na forma de uma rede covalente, enquanto a segunda é um sólido iônico de ponto de fusão 1040 oC. Outro exemplo bastante ilustrativo é a comparação entre SiF4 (covalente, ponto de fusão -90 oC) e SiO2 (sólido iônico polimérico).
Parte Experimental
Pode ser utilizada como demonstração e tem como objetivo ilustrar a interação entre elementos formando compostos.
ENSAIO I - Reação de zinco metálico com enxofre em pó
Amasse um pedaço de papel de fácil combustão e coloque-o sobre uma tela de amianto e tripé. Coloque a mistura sólida no centro do papel e inicie a combustão do papel por uma das extremidades. Observe.
ENSAIO II- Reação de Alumínio metálico com iodo
Sobre uma cápsula de porcelana apoiada numa tela de amianto, mistrure alumínio em pó com uma quantidade equivalente de iodo (UTILIZAR UM LOCAL COM VENTILACÃO ADEQUADA, PREFERENCIALMENTE UMA CAPELA). Adicione alguma gotas de água. Aguarde 2 a 3 segundos para a reação começar. Observe.
A partir dos resultados, deve-se discutir a formação do sulfeto de zinco e do iodeto de alumínio em termos da variação de energia no processo (são exoergônicos? Por que?) Os alunos devem ser encorajados a construir um diagrama energético das transformações. O experimento também permite uma discussão sobre a forma como os elementos se encontram na Natureza, isto é, ligados a outros elementos com os quais a interação é alta.