Vocês conhecem os líquidos iônicos?

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Olá pessoal, recentemente terminei minhas aulas do módulo de Compostos Iônicos, que, diga-se de passagem, vocês podem acessar diretamente de minha Play List do Youtube, clicando aqui. Ao anunciar o término do módulo na Fanpage do Ensinando & Aprendendo, fui alertado pelo Ricardo Ferraz do Blog Scientificus, que seria importante falar sobre os líquidos iônicos. Em plena concordância com o comentário dele, e em agradecimento a tal valiosa sugestão, resolvi escrever esse post a respeito dos Líquidos Iônicos.

Então … vocês sabem o que são os líquidos iônicos?

Ah professor! É óbvio que eu sei! São líquidos formados por íons … qualquer um sabe!!!

De fato, esta definição não está errada! Mas se vocês se recordarem das aulas de química básica, ou mesmo da primeira aula do módulo de compostos iônicos, onde eu falo das propriedades gerais desses compostos, o estado físico padrão dos compostos iônicos é o sólido! E essa conclusão é bem coerente, uma vez que a atração eletrostática entre os cátions e os ânions é bem forte, e portanto, faz com que os íons estejam bem próximos uns dos outros. Para separar os íons é necessário demandar uma elevada quantidade de energia, que não é obtida simplesmente com temperatura ambiente, e por isso encontramos esses compostos predominantemente no estado sólido. Mas notem que eu grifei propositalmente a palavra predominantemente, isto porque, uma pequena parcela desse compostos não, necessariamente, está no estado sólido, e esses são os líquidos iônicos.

Antes de apresentarmos os compostos que podem funcionar como líquidos iônicos precisamos entender o mecanismo que faz com que alguns compostos, mesmo iônicos, sejam líquidos à temperatura ambiente (sim, porque em elevadas temperaturas qualquer compostos pode ser líquido!!). A atração eletrostática, que é a principal responsável pelo estado sólido entre os íons, depende, dentre outras coisas, diretamente da carga entre os íons, e inversamente do quadrado do raio, ou seja, da distância entre os cátions e os ânions. Isso é bem representado pela equação de Born-Landé (mostrada abaixo), que é baseada no modelo puramente iônico. Para um melhor entendimento dessa equação recomendo que assistam a aula 3 do módulo de compostos iônicos.


born-lande

Através dessa equação podemos concluir que uma forma simples de mudar o estado físico de um composto iônico é, ou reduzir o produto entre a cargas (representado pelas letras |Z|), ou aumentar a distância entre os cátions e os ânions, ou seja, aumentar ou o tamanho do cátion, ou do ânion, ou dos dois (representado pelas letras r). Mas … se levarmos em conta que compostos iônicos como o cloreto de sódio (NaCl), e o hidróxido de sódio (NaOH), são compostos onde o produto entre as cargas é o menor possível, e ainda assim estão no estado sólido, a modificação na carga do cátion e do ânion, não é o processo mais eficiente para produzir um líquido iônico. Para fazer isso poderíamos mudar a outra variável disponível, que é a distância entre os íons, ou seja, usarmos íons mais volumosos.

Uma “receita” que funciona bem para produzir um líquido iônico é a junção do ânion tetrafluorborato (BF4-), que é um ânion relativamente pequeno, com o cátion orgânico (e para ter cátions bem volumosos provavelmente serão orgânicos!) 1-butil-3-metil-imidazólio, mostrado na figura abaixo.

liquidosionicos_1

A combinação acima é apenas uma das várias possibilidades para se “construir” um líquido iônico, outros cátions e  ânions volumosos podem ser observados logo abaixo.

liquidosionicos_2

Na verdade, o que vai determinar qual cátion/ânion será usado na “receita” do líquido iônico, irá depender do objetivo do líquido. Por exemplo, uma das principais utilidades dessa classe de compostos é sua ação como solventes. Como o cátion e/ou ânion costumam ser bem volumosos, principalmente devido a presença de cadeias orgânicas laterais, eles são capazes de solubilizar, com considerável eficiência, compostos orgânicos. Mas para que usar um líquido iônico se podemos usar um solvente orgânico como o clorofórmio, tetracloreto de carbono, éter etílico etc? A vantagem neste caso é que os líquido iônicos, diferentemente dos solventes orgânicos, são pouco voláteis, ou seja, não evaporam com facilidade. Essa propriedade é bem fácil de entender. As interações iônicas são naturalmente fortes, tanto que a maioria dos compostos são sólidos. Para formar o líquido iônico temos de enfraquecer essas interações, mas mesmo nessas condições, as interações entre o cátion e o ânion continuam expressivas. Isso faz com que os íons ainda interajam bem, dificultando a passagem desses líquidos para o estado gasoso. Em termos físico-químicos dizemos que os líquidos iônicos apresentam baixa pressão de vapor, por conta das, ainda fortes, interação iônicas.

Mas voltando ao assunto inicial, que eu acabei me desviando … caso eu queira que o líquido iônico sirva como um solvente de borracha (isso mesmo!), eu irei usar um cátion/ânion grande o suficiente para interagir bem com as cadeias poliméricas da borracha. Mas se o meu objetivo for alguma aplicabilidade médica, não posso usar qualquer cátion/ânion, apenas os que forem adequadamente biocompatíveis. Entenderam?

Outra vantagem grande dos líquidos iônicos, além de sua baixa pressão de vapor, é que muitos deles são termicamente estáveis, além de não serem inflamáveis. Isso os coloca em uma grande vantagem em relação aos solventes orgânicos, que não podem ser expostos a nenhum tipo de chama, centelha, ou fonte de calor semelhante, se não … o risco de fazer BUUUUUUUMMM, é bem grande! Obviamente o custo associado na produção de um líquido iônico é maior do que a compra de um solvente orgânico. Mas, neste caso, a natureza agradece muito. Os líquidos iônicos possuem seu espaço na tão desejada, e ainda muito pouco aplicada, Química Verde.

Dentre outras aplicações para os líquidos iônicos, mas agora mais voltadas para o mundo acadêmico, estão a síntese de compostos de coordenação, onde um cátion, ou ânion, do líquido iônico que serve como solvente, pode ser diretamente incorporado na estrutura do complexo, o que reduz a quantidade de rejeitos produzidos. Os compostos de coordenação, sintetizados, por sua vez, podem apresentar atividades catalíticas, podem servir de precursores de estruturas metal-orgânicas funcionalizadas (MOFs), etc. Além disso, os líquidos iônicos podem ser usados em rotas de síntese de nanopartículas, as quais apresentam uma gama de aplicações, mas que a descrição das mesmas fogem do escopo desse post.

A atuação dos líquidos iônicos como solventes é a mais antiga de suas aplicações, e talvez a mais simples. Os líquidos iônicos que atuam apenas como solvente são frequentemente chamados de líquidos iônicos de 1° Geração. Embora essa seja a aplicação mais simples, como argumentado acima, já fornece espaço de destaque para esses compostos. Quando, além de sua atividade como solvente, alguma propriedade química dos líquidos iônicos é utilizada, temos os chamados compostos de 2° Geração. Os últimos exemplos citados, onde os líquidos iônicos servem como solvente, mas também são utilizados como ligantes para o composto de coordenação sintetizado, referem-se a líquidos da 2° Geração. Eles apresentam mais de uma utilidade. Sua função é baseada, não apenas em suas propriedades físicas, mas químicas também. E por fim, os coroados líquidos iônicos da 3° Geração, são aqueles capazes de alguma aplicação biológica. Esses compostos poderiam ser usado como veículo para aplicação de fármacos. É o caso, por exemplo, do trabalho de Mark Zarkrewsky e colaboradores, onde propõe o uso de líquidos iônicos como meio de transporte para antibióticos que são absorvidos pela pele. Funciona mais ou menos assim – as bactérias que infectam a pele, formam uma espécie de biofilme, que age como um escudo para elas. Esse biofilme dificulta a ação do antibiótico quando aplicado diretamente sobre a pele. Nesse caso, quando o antibiótico é aplicado juntamente com o líquido iônico, os íons presentes no solvente são capazes de destruir a “bio-barreira” produzidas pelas bactérias, facilitando assim a ação do fármaco.

Bom … acho que era isso que eu tinha para falar sobre os compostos iônicos. Acho esse um assunto bem relevante e atual, e que complementa as aulas de compostos iônicos ensinadas nos cursos de graduação em química. Espero que tenham gostado, mas que principalmente seja útil de alguma forma. Então … se gostaram, não se esqueçam de compartilhar e curtir o post, e se essa é a primeira vez que você visita o Ensinando & Aprendendo, não deixe de curtir a Fanpage, assinar o Canal, e assinar a Newslatter do blog.

Até a próxima do Ensinando & Aprendendo.

Referências Principais:

Mark Zarkrewsky, et al, PNAS, 2014, 111 (37), 13243-13244; doi:10.1073/iti3714111

Peter Atkins e Loreta Jones, Princípios da Química – Questionando a vida moderna e o Meio Ambiente, 5° edição, Cap. 5. Bookman.

Catherine E. Housecraft e Allan G. Sharpe, Química Inorgânica, 4° edição, Cap. 9. LTC.

http://scientificusblogpt.wordpress.com/2014/02/19/liquidos-ionicos/, acessado em 03/12/2014

  • http://scientificusblogpt.wordpress.com/ Scientificus/RFerraz

    Gostei, muito bem explicado!

    • Antonio Florencio

      Oi Ricardo, fico feliz que tehha gostado. Mais uma vez, obrigado pela sugestão.