- descrever e explicar qualitativamente a tendência na estabilidade térmica dos nitratos e carbonatos, incluindo o efeito do raio iônico sobre a polarização do grande ânion
- descrever e explicar qualitativamente a variação na solubilidade e na variação de entalpia de solução, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, dos hidróxidos e sulfatos em termos das magnitudes relativas da variação de entalpia de hidratação e da energia reticular
Grupo 2
Química do A-Level · Tópico 27
8:06
Grupo 2 (A2)
Aqui está um enigma. Desça pelo Grupo 2, do magnésio ao bário, e os hidróxidos tornam-se mais solúveis. Desça o mesmo grupo, e os sulfatos tornam-se menos solúveis.…
Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas
27.1
Estabilidade térmica dos nitratos e carbonatos
Programa
Fonte: Programa Cambridge International
A estabilidade térmica 热稳定性 dos nitratos 硝酸盐 e carbonatos 碳酸盐 do Grupo 2 aumenta ao descer no grupo. Aqui está a razão, em termos de como os íons afetam uns aos outros.
Um ** cátion** 阳离子 pequeno com raio iônico 离子半径 pequeno tem alta densidade de carga. Ele atrai os elétrons do ânion vizinho e distorce sua forma — isso é polarização 极化. Distorcer o grande ânion 阴ião (o íon carbonato ou nitrato) enfraquece uma ligação interna, fazendo com que o composto se decomponha mais facilmente.
Ao descer no grupo, o cátion fica maior. Sua densidade de carga diminui, polarizando o ânion menos. O ânion é menos distorcido, tornando o composto mais difícil de quebrar — é mais termicamente estável e requer temperatura mais alta para decompor.
Exemplo resolvido. Ao descer no Grupo 2, os hidróxidos tornam-se mais solúveis enquanto os sulfatos tornam-se menos solúveis. Explique por que as duas tendências correm em direções opostas. A solubilidade é uma disputa entre a energia reticular mantendo o sólido unido e a energia de hidratação recompensando os íons pela dissolução. Ambas ficam menos exotérmicas à medida que o cátion cresce, então qual delas cai mais rápido decide a tendência. Com o íon pequeno hidróxido, a energia reticular depende fortemente do tamanho do cátion, caindo mais rápido que a energia de hidratação: a rede torna-se relativamente mais fácil de quebrar e a solubilidade aumenta. Com o íon grande sulfato, a energia reticular já é dominada por esse grande ânion e mal muda ao descer no grupo, enquanto a energia de hidratação do cátion ainda cai — logo a solubilidade diminui. Nome ambas as energias e diga qual cai mais rapidamente; simplesmente repetir as tendências não garante pontos de explicação.
Explorar
Escada de estabilidade térmica do Grupo 2
Desça pelo Grupo 2 e veja por que os carbonatos tornam-se mais difíceis de decompor.
Explorar
Laboratório de solubilidade do Grupo 2
Classifique os compostos do Grupo 2 pela tendência de solubilidade.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ | 热稳定性 | rè wěn dìng xìng |
| nitrate/ˈnaɪtreɪt/ | 硝酸盐 | xiāo suān yán |
| carbonate/ˈkɑːbəneɪt/ | 碳酸盐 | tàn suān yán |
| cation/ˈkætaɪən/ | 阳离子 | yáng lí zi |
| ionic radius/aɪˈɒnɪk ˈreɪdɪəs/ | 离子半径 | lí zi bàn jìng |
| polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ | 极化 | jí huà |
| anion/ˈænaɪən/ | 阴离子 | yīn lí zi |
| enthalpy change of solution/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv səˈluːʃn/ | 溶解焓变 | róng jiě hán biàn |
| lattice energy/ˈlætɪs ˈenədʒi/ | 晶格能 | jīng gé néng |
| enthalpy change of hydration/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv haɪˈdreɪʃn/ | 水合焓变 | shuǐ hé hán biàn |
27.1
Solubilidade dos hidróxidos e sulfatos
Quando um sólido iônico se dissolve, duas mudanças energéticas competem. A entalpia de solução 溶解焓变 é a soma delas:
$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$
- você primeiro precisa separar a rede (isso exige a energia reticular 晶格能).
- depois a água circunda os íons (isso libera a entalpia de hidratação 水合焓变).
Se a energia liberada na hidratação corresponde aproximadamente (ou supera) a energia necessária para quebrar a rede, o sólido dissolve-se facilmente.
Ao descer no grupo, tanto a energia reticular quanto a entalpia de hidratação ficam menores (menos negativas), porque o cátion é maior. Mas elas diminuem em taxas diferentes, e isso explica as tendências opostas:
| Compósito | Tendência de solubilidade 溶解度 ao descer no grupo | Por quê |
|---|---|---|
| hidróxidos 氢氧化物 | aumenta | o íon $\text{OH}^-$ é pequeno, logo a energia reticular cai muito ao descer no grupo; essa mudança supera a queda na energia de hidratação |
| sulfatos 硫酸盐 | diminui | o íon $\text{SO}_4^{2-}$ é grande, logo a energia reticular permanece quase a mesma; a queda na energia de hidratação então domina, tornando a dissolução menos favorável |
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ | 溶解度 | róng jiě dù |
| hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ | 氢氧化物 | qīng yǎng huà wù |
| sulfate/ˈsʌlfeɪt/ | 硫酸盐 | liú suān yán |
27.1
Dicas de prova
- A estabilidade térmica de carbonatos e nitratos aumenta ao descer no grupo — cátions maiores polarizam o ânion menos.
- Forneça os produtos de decomposição: carbonatos → óxido + $\text{CO}_2$; nitratos → óxido + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (gás marrom).
- Hidróxidos tornam-se mais solúveis e sulfatos menos solúveis ao descer no grupo.
- Explique as tendências usando a densidade de carga do cátion (poder polarizante), não apenas o tamanho.
Aulas interativas sobre este tópico
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