O alumínio
apresenta as seguintes energias de ionização
:
a) Justifique o grande salto entre a
e a
energia de ionização.
b) O que isso revela sobre a camada de valência do AI?
c) Relacione esse comportamento com a formação de compostos iônicos do tipo
.
a) Justifique o grande salto entre a
b) O que isso revela sobre a camada de valência do AI?
c) Relacione esse comportamento com a formação de compostos iônicos do tipo
Passo 1
O enunciado dá as energias de ionização do alumínio (
) em
:
As perguntas são:
a) Justificar o grande salto entre a e a
energia de ionização.
b) O que isso revela sobre a camada de valência do Al?
c) Relacione esse comportamento com a formação de compostos iônicos do tipo .
a) Justificar o grande salto entre a
b) O que isso revela sobre a camada de valência do Al?
c) Relacione esse comportamento com a formação de compostos iônicos do tipo
Passo 2
Vamos identificar como estão distribuídos os elétrons no átomo de alumínio para ver de onde vêm os elétrons que são removidos. O alumínio tem
elétrons; sua configuração eletrônica (na forma mais usada) é
Expliquei isso porque a configuração mostra claramente que os últimos três elétrons ocupam o nível
(dois em
e um em
). Esses três são os elétrons mais externos (camada de valência).
Passo 3
Antes de usar as energias numéricas, preciso explicar o que é energia de ionização e por que ela muda quando removemos elétrons.
- Definição: a energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo isolado no estado gasoso. Está em
porque se mede por mol de átomos. - Conceito físico importante: elétrons mais externos (valência) são menos fortemente ligados ao núcleo por causa do efeito de blindagem (os elétrons internos “bloqueiam” parte da atração nuclear). Quando removemos um elétron, restam menos elétrons para “repartir” a atração do núcleo, então os elétrons restantes sentem uma carga nuclear efetiva maior e ficam mais ligados — por isso as energias de ionização sucessivas geralmente aumentam.
- Outro ponto: remover um elétron de uma camada interna (mais próxima do núcleo) exige muito mais energia do que remover de uma camada externa já que esses elétrons estão menos blindados e mais próximos do núcleo.
Passo 4
Agora olho para os valores dados e interpreto em termos da configuração: os três primeiros elétrons a serem removidos são exatamente os três elétrons da camada
(os dois de
e o um de
). Vou somar as três primeiras energias para ver qual é o custo total para formar
:
Coloquei isso porque é a energia necessária para retirar os três elétrons de valência e gerar
.
Passo 5
Agora comparo a
com a
: a
é
e a
é
. Vou quantificar a diferença:
Esse salto enorme significa que a quarta remoção não está mais tirando um elétron da camada de valência
; após remover três elétrons, o átomo de alumínio fica com a configuração
que é a configuração do gás nobre neônio (camada
completa). Ou seja, o quarto elétron a ser removido teria de sair de uma camada interna (um elétron do nível
), muito mais fortemente ligado ao núcleo. Remover um elétron de um nível interno (que já forma um octeto estável) exige muito mais energia — daí o salto grande em
.
Passo 6
Resposta à parte (b) a partir da observação anterior: o grande salto indica que a camada de valência do alumínio possui exatamente três elétrons. Em outras palavras, o alumínio tem três elétrons no nível mais externo (
), e ao perder esses três elétrons ele alcança uma configuração eletrônica estável (tipo gás nobre). Isso é a razão pela qual o alumínio costuma ter valência
.
Passo 7
Agora relaciono isso com a formação de compostos iônicos
(parte c). Remover três elétrons (formar
) custa no total
(veja o passo 4). À primeira vista isso parece caro — porém, quando
se forma em compostos iônicos sólidos ou em solução aquosa, há grandes liberações de energia que compensam esse gasto:
- Na formação de um sólido iônico, a energia liberada pela atração eletrostática entre íons de cargas opostas (energia reticular ou lattice energy) é muito grande e pode superar a energia necessária para ionizar o átomo.
- Em solução aquosa, a energia de hidratação do íon
(forte interação água–íon por causa da alta carga e pequeno raio) também libera muita energia.
Por isso, apesar do custo em ionizações, a formação deé favorável em muitos compostos: a estabilização por ligações iônicas (ou por solvatação) compensa o gasto de energia para remover os três elétrons de valência. É por isso que o alumínio normalmente forma íons trivalentes em sais e óxidos ( em , por exemplo).
Passo 8
Resumo pedagógico rápido e incentivo: o grande salto em
é a “assinatura” clara de que todos os elétrons de valência já foram removidos após três ionizações — é a prova experimental de que Al é tipicamente trivalente. Lembre-se: ver os números e conectá‑los com a configuração eletrônica é sempre uma forma segura de interpretar energias de ionização. Você está indo bem; esse raciocínio aparece com frequência em provas.
Resposta
a) O salto grande ocorre porque a
energia de ionização remove um elétron de uma camada interna já completa (configuração tipo gás nobre
), muito mais fortemente ligado ao núcleo; portanto
é muito maior.
b) Revela que a camada de valência do Al tem três elétrons ( ); assim Al tende a perder três elétrons (valência
).
c) A formação de envolve o custo total das três primeiras ionizações (
), mas esse custo é compensado na formação de compostos iônicos pela grande energia liberada na formação da rede cristalina (energia reticular) e/ou energia de hidratação; por isso
é comum em sais e óxidos.
b) Revela que a camada de valência do Al tem três elétrons (
c) A formação de