Cada um dos seguintes elementos é capaz de formar um íon em reações químicas. Recorrendo a uma tabela periódica, determine a carga do íon mais estável de cada um deles:
Al

Passo 1

O enunciado pede: “determine a carga do íon mais estável de cada um deles” e o elemento dado é \mathrm{Al}.
Informações do enunciado: o único dado é o símbolo do elemento \mathrm{Al}. A partir disso, usar a tabela periódica para decidir qual íon (qual carga) é mais estável para o alumínio.

Passo 2

Identificar posição do elemento na tabela periódica e seu número atômico.
O alumínio tem número atômico 13. Isso significa que um átomo neutro de \mathrm{Al} tem 13 prótons e, portanto, 13 elétrons.

Passo 3

Escrever a configuração eletrônica do alumínio e identificar os elétrons de valência.
A configuração eletrônica do alumínio é
\mathrm{Al}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}3p^{1}.
Os elétrons de valência são os que estão na camada mais externa (aqui, o nível 3): 3s^{2}3p^{1}. Portanto, \mathrm{Al} tem 3 elétrons de valência.

Passo 4

Entender qual é o objetivo de estabilidade (regra do octeto) e as opções práticas.
Muitos átomos tendem a alcançar a configuração eletrônica do gás nobre mais próximo (regra do octeto) porque isso é energeticamente favorável. Para \mathrm{Al}, o gás nobre anterior é o neônio ( [\mathrm{Ne}]). Duas possibilidades para atingir essa configuração seriam:
  • perder 3 elétrons para ficar com configuração [\mathrm{Ne}], ou
  • ganhar 5 elétrons para completar a camada (chegar a 3s^{2}3p^{6}), o que exigiria ganhar muitos elétrons.
Entre essas opções, perder 3 elétrons é muito mais plausível do que ganhar 5, por razões energéticas que explico no próximo passo.

Passo 5

Explicar, de forma didática, por que perder 3 elétrons é energeticamente favorável comparado a ganhar 5.
  • A remoção de elétrons é medida por energias de ionização. Para \mathrm{Al} existe um custo para remover o 1.º, 2.º e 3.º elétron, mas ao remover os três elétrons de valência o átomo atinge a configuração estável [\mathrm{Ne}].
  • Remover um quarto elétron exigiria arrancar um elétron de um nível interior já estabilizado (do gás nobre), o que custa MUITO mais energia (há um grande salto na energia de ionização depois do 3.º elétron).
  • Ganhar 5 elétrons envolve adicionar elétrons a um átomo que não é muito eletronegativo; adicionar cinco elétrons é altamente desfavorável eletronicamente.
  • Além disso, quando o íon positivo se forma em substâncias iônicas, a energia liberada pela formação da rede cristalina (energia reticular) pode compensar a energia de ionização. Para íons com carga +3 (como \mathrm{Al}^{3+}), essa compensação é normalmente suficiente quando combinados com ânions adequados (por exemplo, óxidos, cloretos, sulfatos), tornando o estado +3 muito estável em compostos.

Passo 6

Mostrar a equação de ionização correspondente e o estado eletrônico resultante.
A perda dos três elétrons de valência pode ser escrita como
\mathrm{Al} \rightarrow \mathrm{Al}^{3+} + 3\,e^{-}.
Ao perder esses três elétrons, o íon resultante tem configuração eletrônica
\mathrm{Al}^{3+}:\\ [\mathrm{Ne}],
que é uma configuração de gás nobre e, portanto, muito estável.

Passo 7

Apresentar evidência empírica e exemplos práticos que confirmam que +3 é o estado mais estável.
  • Compostos comuns do alumínio exibem o estado +3, por exemplo: óxido de alumínio \mathrm{Al}_{2}\mathrm{O}_{3} (onde cada \mathrm{Al} está como \mathrm{Al}^{3+}) e sulfato de alumínio \mathrm{Al}_{2}(\mathrm{SO}_{4})_{3}.
  • Estados de oxidação inferiores como +1 ou +2 existem apenas em condições muito especiais e são muito menos estáveis ou são intermediários reativos. Na prática comum e nas fórmulas de compostos, \mathrm{Al}^{3+} é o mais observado.

Passo 8

Dica prática para a prova (memorização e aplicação rápida).
  • Elementos do grupo 13 (ou 3A) da tabela periódica (como \mathrm{B}, \mathrm{Al}, \mathrm{Ga} …) frequentemente formam íons com carga +3 porque têm 3 elétrons de valência. Para um exercício rápido, verifique o grupo: se for grupo 1 +1, grupo 2 +2, grupo 13 +3, etc. Isso funciona bem para elementos representativos.

Resposta

\mathrm{Al}^{3+}

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