Demonstre a formação das ligações químicas para os seguintes agregados iônicos, indicando as estruturas de Lewis, a equação química e as cargas elétricas envolvidas no processo:
Passo 1
O enunciado pede: demonstrar a formação das ligações químicas para o agregado formado por
e
, indicando (1) as estruturas de Lewis, (2) a(s) equação(ões) química(s) envolvida(s) e (3) as cargas elétricas que aparecem durante o processo.
Informações relevantes fornecidas implicitamente pelo enunciado (que usaremos): é um átomo neutro de gálio;
é um átomo neutro de oxigênio. Precisamos mostrar como esses átomos trocam elétrons e qual é a fórmula do agregado iônico formado.
Informações relevantes fornecidas implicitamente pelo enunciado (que usaremos):
Passo 2
Vamos identificar quantos elétrons de valência cada átomo tem (isso é essencial para desenhar estruturas de Lewis e prever transferências de elétrons). Expliquei isso devagar porque é a base do raciocínio.
-
O que são elétrons de valência? São os elétrons na camada mais externa do átomo que participam de ligações químicas. Contamos eles pela posição do elemento na tabela periódica (grupo).
-
Gálio (
) está no grupo 13 da tabela periódica, portanto tem elétrons de valência. Podemos indicar isso por três pontos (ou bullets) ao redor do símbolo: com 3 elétrons de valência. -
Oxigênio (
) está no grupo 16, portanto tem elétrons de valência. Representamos isso por seis pontos ao redor de .
Estes números determinam a tendência: metais (como
) tendem a perder elétrons para atingir uma configuração eletrônica mais estável; não-metais (como
) tendem a ganhar elétrons até completar o octeto (8 elétrons de valência). A formação de íons e a razão entre eles virá a seguir.
Passo 3
Desenho das estruturas de Lewis iniciais (átomos neutros), representando os elétrons de valência por pontos (
):
- Lewis de
(3 elétrons de valência):
- Lewis de
(6 elétrons de valência): normalmente desenha-se como duas pares de elétrons (pares isolados) e dois elétrons desemparelhados, mas aqui indicamos apenas a contagem:
Esses desenhos mostram que cada
pode perder até
elétrons para ficar com configuração estável semelhante a um gás nobre, e cada
precisa de
elétrons para completar o octeto (ficar com
elétrons de valência).
Passo 4
Escrevendo o processo de transferência de elétrons (meio aula rápida sobre oxidação e redução aplicada aqui):
- Oxidação (perda de elétrons) do gálio:
Isto significa: cada átomo de
perde
elétrons e torna-se o íon
.
- Redução (ganho de elétrons) do oxigênio (por átomo):
Isto significa: cada átomo de
ganha
elétrons e torna-se o íon
, alcançando o octeto (8 elétrons de valência).
Essas duas meias-reações mostram as cargas que aparecem:
(cátion com carga
) e
(ânion com carga
).
Passo 5
Balanceamento das cargas por combinação das meias-reações (aumentando as meias-reações para que o número de elétrons perdidos e ganhos seja o mesmo):
- Cada
perde . Cada ganha . O mínimo comum múltiplo entre e é elétrons. Portanto:
Multiplicamos a oxidação por
:
Multiplicamos a redução por
:
Somando as duas meias-reações (os
se cancelam) obtemos a transformação global em termos de átomos/íons:
Passo 6
Obtenção da fórmula do composto iônico a partir dos íons e neutralidade elétrica:
- Os íons resultantes combinam-se formando o composto iônico de fórmula unitária tal que a soma das cargas seja zero. Escrevendo os íons em proporção simples:
Logo a fórmula empírica do agregado iônico é
.
Também podemos escrever a combinação iônica simplificada:
Passo 7
Equações químicas balanceadas mais familiares (usando
molecular, que é como o oxigênio normalmente aparece):
- Reagindo gálio metálico com oxigênio molecular:
(essa é a equação balanceada em termos de moléculas/átomos diatômicos de oxigênio)
- Em forma de unidade iônica (fórmula unitária):
ou, escrevendo os íons:
Passo 8
Resumo das cargas elétricas envolvidas e checagem final (isso é importante para levar na prova):
- Cada
neutro perde elétrons → vira . - Cada
neutro ganha elétrons → vira . - Para neutralizar cargas: são necessários
cátions (total ) para neutralizar ânions (total ), dando o composto neutro .
Passo 9
Observação sobre a natureza da ligação (explicação prática para a prova):
- O que acontece na formação de
não é compartilhamento covalente principal, mas transferência de elétrons e formação de íons com atração eletrostática entre eles — isto é, ligações iônicas e rede cristalina iônica no sólido. Em provas, basta mostrar a transferência de elétrons, as meias-reações, a combinação dos íons e a fórmula final.
Resposta
Lewis iniciais:
com
elétrons de valência (
);
com
elétrons de valência (
).\nÍons formados:
(cada
perde
) e
(cada
ganha
).\nEquação iônica balanceada (a partir de átomos):
.\nEquação balanceada com
:
.\nVerificação de cargas:
(composto neutro
).