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Ligações químicas são conjunções estabelecidas entre átomos para formarem moléculas ou, no caso de ligações iônicas ou metálicas, agregados atômicos organizados de forma a constituírem a estrutura básica de uma substância ou composto

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É a ligação que ocorre entre íons com a transferência de elétrons. É formada em razão da existência de forças de atração eletrostática entre íons: íons negativos (ânions) e positivos (cátions).

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A estrutura atômica dos metais é a Cristalina, que se constitui por cátions do metal envolvidos por elétrons.

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Nessa ligação, os átomos são unidos devido ao compartilhar de seus elétrons.

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Na mistura de água e sal, a água é o solvente - o que dissolve, enquanto o sal é o soluto, o que é dissolvido. Como sabemos, o sal de cozinha é um composto iônico formado pelos íons de cloro (Cl-) e sódio (Na+). Juntos, os dois íons formam o NaCl ue se mantêm unidos pela atração entre suas cargas negativa e positiva, que se neutralizam entre si. Na+ + Cl- = NaCl .

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Demonstrar o fenômeno da solubilidade é um dos experimentos mais fáceis de reproduzir na química. Basta pegar um pouco de sal, misturar a certa quantidade de água e observar que o sal sólido desapareceu enquanto a água adquiriu sabor salgado.

Se aumentarmos gradativamente a quantidade de sal, observaremos que a partir de certa quantidade o sal começa a acumular-se no fundo do recipiente. Caso aqueçamos a água, observamos que uma quantidade maior de sal pode ser diluída sem deixar resíduos no líquido.

Porém, se, em vez de sal, misturarmos óleo de cozinha na água, veremos que mesmo sob agitação ou aquecimento os dois líquidos se mantêm separados e distintos em duas camadas.

Perguntas sobre a solubilidade

O interessante destes experimentos, aparentemente banais demais para merecer atenção, é que eles nos permitem entender como a ciência funciona. Basta, para isso, sabermos fazer algumas perguntas:

Por que o sal se dissolve na água?

Por que quando aquecemos aquele mesmo volume de água a quantidade de sal dissolvida é maior?

Por que o sal é dissolvido pela água e o óleo de cozinha não?

Por que um volume definido de água é incapaz de dissolver além de certa quantidade de sal?

Aí percebemos que - mesmo as observações mais cotidianas - podem resultar em dúvidas cujas respostas não são imediatas.

A ciência é justamente um método para conseguir respostas que expliquem os fenômenos observados.

Nível iônico e molecular

Podemos observar a olho nu a dissolução do sal na água, mas não as interações que ocorrem no nível iônico e molecular entre estas substâncias, sendo que é neste nível que o mecanismo de dissolução opera.

Na mistura de água e sal, a água é o solvente - o que dissolve, enquanto o sal é o soluto, o que é dissolvido.

Como sabemos, o sal de cozinha é um composto iônico formado pelos íons de cloro (Cl⁻) e sódio (Na⁺). Juntos, os dois íons formam o NaCl ue se mantêm unidos pela atração entre suas cargas negativa e positiva, que se neutralizam entre si.

Na⁺ + Cl⁻ = NaCl (cloreto de sódio ou sal de cozinha).

Interações elétricas

Quando dissolvemos o sal na água, as características elétricas da molécula de H ₂ O interferem com a atração eletrostática dos íons do sal, que se enfraquecem e se dispersam pelo líquido de novo na condição de íons livres.

É uma explicação simples, mas para chegar a ela foi preciso primeiro entender os mecanismos das ligações atômicas, o que mostra que em ciência mesmo os fenômenos mais simples dependem de um conjunto geral de conhecimentos para serem devidamente explicados.

São as interações elétricas entre as moléculas da água e os íons do sal que também explicam o porquê de um volume definido do líquido ter um limite para a quantidade de sal que pode dissolver.

Proporção entre solvente e soluto

A capacidade máxima de dissolução do solvente é definida por uma determinada proporção entre solvente e soluto, além da qual a dissolução não mais ocorre, deixando a mistura de ter aspecto homogêneo, com a aparição de uma segunda fase, no caso do sal na forma de precipitado.

As soluções insaturadas são aquelas que possuem uma proporção de soluto/solvente inferior à capacidade máxima de dissolução. Quando este máximo é alcançado temos uma solução saturada. Se ultrapassarmos este ponto, teremos uma solução supersaturada, ou seja, com excesso de soluto que não mais é dissolvido.

Isto ocorre porque a água é uma substância polar,ou seja, apesar de ser uma molécula neutra, possui as cargas elétricas distribuídas de modo desigual ao longo de si, o que produz um pólo positivo (próximo aos átomos de hidrogênio) e um negativo (próximo ao átomo de oxigênio) na mesma molécula.

Polaridades

São estas cargas polares que enfraquecem as ligações iônicas do sal e promovem a dissolução, que continua acontecendo até que seja atingido um equilíbrio entre as cargas polares do solvente e as cargas iônicas do soluto.

Atingido este equilíbrio é como se a água já não dispusesse mais de carga livre suficiente para enfraquecer os íons de sal, resultando assim no esgotamento de seu poder de dissolução.

A figura que segue mostra como as polaridades moleculares da água e as cargas iônicas do sal interagem na dissolução:

Na figura, a molécula de água é representada pelo círculo vermelho unido aos círculos azuis. O círculo vermelho é o átomo de oxigênio e os círculos azuis os átomos de hidrogênio, unidos os três numa ligação molecular.

Como o oxigênio é mais eletronegativo que o hidrogênio, ou seja, atrai os elétrons da molécula para mais próximos de si, a molécula de água tende a ter um excesso de cargas negativas em torno do oxigênio e positivas em torno do hidrogênio. É isto que chamamos de polaridade molecular da água.

Os pólos da molécula de água funcionam como cargas livres e assim interagem com as cargas dos íons de cloro e sódio como mostrado na figura, quebrando a atração que mantinha a integridade do cloreto de sódio, o sal de cozinha da experiência.

Agitação molecular

Mas se são as cargas e pólos elétricos que definem as propriedades de uma solução, porque essas propriedades são alteradas quando a solução é aquecida? Quando aquecemos a mistura de sal e água não só conseguimos que a dissolução ocorra mais rápida ou facilmente, como conseguimos aumentar a capacidade máxima de dissolução do solvente.

Isso ocorre porque quando aquecemos qualquer substância aumentamos o nível de sua agitação molecular. Assim, as propriedades da solução passam a ser afetadas não só pelas cargas elétricas envolvidas, mas também pelas forças mecânicas de origem térmica que passaram a atuar entre as partículas.

E o óleo de cozinha? Por que não ocorre entre ele e água as mesmas interações que ocorrem entre a água e o sal? Simples. O óleo de cozinha, como todos os óleos, é neutro e apolar, ou seja, suas moléculas não têm cargas livres como os íons ou pólos elétricos como a água. Assim, as interações polares da água acontecem entre suas próprias moléculas, fazendo com que a água forme uma fase na mistura e o óleo outra.

Olho vivo e mente aberta

Como vimos, a explicação da experiência bastante simples de misturar água e sal passou pelas teorias das ligações atômicas, das características elétricas das moléculas e íons e dos efeitos do calor sobre estas partículas.

Em ciência podemos aprender muito com fenômenos cotidianos, desde que mantenhamos nossos olhos bem atentos na observação e nossas mentes bem afiadas na busca da explicação.

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Solubilidade (2): Soluções saturadas, insaturadas, polaridade e interação

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Demonstrar o fenômeno da solubilidade é um dos experimentos mais fáceis de reproduzir na química. Basta pegar um pouco de sal, misturar a certa quantidade de água e observar que o sal sólido desapareceu enquanto a água adquiriu sabor salgado.