Os compostos iônicos CaCO3 e NaCl têm solubilidades muito diferentes em água. Enquanto o carbonato de cálcio, principal constituinte do mármore, é praticamente insolúvel em água, o sal de cozinha é muito solúvel. A solubilidade de qualquer sal é o resultado do balanço entre a energia de rede (energia necessária para separar completamente os íons do sólido cristalino) e a energia envolvida na hidratação dos íons dispersos em solução.
Em relação à energia de rede, a menor solubilidade do primeiro composto é explicada pelo fato de ele apresentar maior:
a) atração entre seus íons.
b) densidade do sólido iônico.
c) energia de ionização do cálcio.
d) eletronegatividade dos átomos.
e) polarizabilidade do íon carbonato.
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Físico-Química – Ligações químicas e solubilidade
📊 Nível da Questão: Médio
📝Tema/Objetivo Geral: Analisar como a energia de rede influencia a solubilidade de compostos iônicos em água.
🎯 Gabarito: A
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
O enunciado compara dois sais iônicos: o carbonato de cálcio (CaCO₃) e o cloreto de sódio (NaCl). Afirma que o primeiro é praticamente insolúvel em água, enquanto o segundo é altamente solúvel. Em seguida, pede uma explicação baseada na energia de rede para justificar a menor solubilidade do CaCO₃. A palavra-chave aqui é energia de rede, que está relacionada à força de atração entre os íons no sólido cristalino. A questão busca compreender como a diferença nessa energia interfere na dissolução dos compostos em água.
O objetivo é identificar qual das opções melhor justifica a baixa solubilidade do CaCO₃ em função da forte interação entre seus íons.
Agora que o comando foi analisado e o objetivo definido, vamos abordar os conceitos e conteúdos necessários.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 A solubilidade de um composto iônico em água depende de dois fatores principais:
- Energia de rede: energia necessária para separar os íons do sólido.
- Energia de hidratação: energia liberada quando os íons se solvatam (interagem com moléculas de água).
📌 Quando a energia de rede é muito alta, é difícil quebrar o sólido e liberar os íons, o que diminui a solubilidade. Já a energia de hidratação favorece a dissolução, pois ajuda a estabilizar os íons em solução.
A energia de rede aumenta com:
- Maior carga dos íons (como Ca²⁺ e CO₃²⁻ em vez de Na⁺ e Cl⁻)
- Menor raio iônico, o que aproxima os íons e fortalece a atração eletrostática.
Por isso, compostos com íons de maior carga possuem atrações mais fortes entre seus íons, elevando a energia de rede e reduzindo a solubilidade.
Agora que os conceitos estão claros, vamos interpretar o texto da questão.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
O texto afirma que o CaCO₃ é praticamente insolúvel, enquanto o NaCl é muito solúvel, e sugere que isso está ligado à energia de rede. No NaCl, os íons Na⁺ e Cl⁻ possuem carga simples, o que gera uma atração eletrostática moderada. Já no CaCO₃, os íons Ca²⁺ e CO₃²⁻ têm cargas maiores, resultando em atrações muito mais fortes, e portanto uma energia de rede maior. Assim, a dissolução do CaCO₃ exige mais energia para separar os íons do cristal, tornando o processo menos favorável.
Agora que interpretamos o texto, vamos desenvolver o raciocínio com base nas informações químicas.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
- A dissolução de um sal iônico envolve romper o retículo cristalino (energia de rede) e, em seguida, hidratar os íons com moléculas de água.
- No caso do NaCl, a separação entre Na⁺ e Cl⁻ é relativamente fácil devido às cargas +1 e -1. Isso resulta em uma energia de rede mais baixa e alta solubilidade.
- No CaCO₃, os íons têm carga +2 e -2, o que provoca uma atração eletrostática mais intensa, gerando uma energia de rede muito alta. Isso dificulta a separação dos íons e, portanto, reduz sua solubilidade.
A consequência é que, mesmo com energia de hidratação favorável, a forte atração entre os íons de CaCO₃ impede a dissolução eficiente em água.
Com isso, vamos agora analisar as alternativas apresentadas.
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
A) Atração entre seus íons ✅ → Alternativa correta! A baixa solubilidade do CaCO₃ está diretamente relacionada à forte atração eletrostática entre os íons Ca²⁺ e CO₃²⁻, o que gera uma energia de rede elevada e dificulta sua dissolução.
B) Densidade do sólido iônico ❌ → A densidade do sólido não está diretamente relacionada à solubilidade. É uma propriedade física do material, mas não interfere na dissolução iônica.
C) Energia de ionização do cálcio ❌ → A energia de ionização se refere à formação do cátion Ca²⁺, mas neste caso o Ca²⁺ já está presente no sal. Portanto, não influencia a solubilidade.
D) Eletronegatividade dos átomos ❌ → A eletronegatividade afeta a polaridade das ligações covalentes, não a solubilidade de compostos iônicos.
E) Polarizabilidade do íon carbonato ❌ → A polarizabilidade está relacionada à deformação da nuvem eletrônica, mas não é o fator determinante para explicar a energia de rede e a solubilidade aqui.
Finalmente, vamos concluir a resolução com um resumo e a justificativa final.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 O carbonato de cálcio (CaCO₃) é menos solúvel em água do que o cloreto de sódio (NaCl) porque possui íons com cargas maiores, o que aumenta a força de atração entre eles no retículo cristalino. Isso gera uma energia de rede mais alta, dificultando a separação dos íons e a dissolução do sal. Já o NaCl, com íons de carga menor (+1 e -1), possui energia de rede mais baixa, facilitando a dissolução em água.
🔍 Resumo Final:
A menor solubilidade do CaCO₃ em comparação com o NaCl se deve à maior atração entre seus íons, que gera uma energia de rede mais elevada e torna mais difícil a separação dos íons na água. Por isso, a alternativa correta é a letra A.
