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:
(\mathrm{Ga}+\mathrm{O})

Passo 1

O enunciado pede: demonstrar a formação das ligações químicas para o agregado formado por \mathrm{Ga} e \mathrm{O}, 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): \mathrm{Ga} é um átomo neutro de gálio; \mathrm{O} é um átomo neutro de oxigênio. Precisamos mostrar como esses átomos trocam elétrons e qual é a fórmula do agregado iônico formado.

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 ( \mathrm{Ga}) está no grupo 13 da tabela periódica, portanto tem 3 elétrons de valência. Podemos indicar isso por três pontos (ou bullets) ao redor do símbolo: \mathrm{Ga} com 3 elétrons de valência.
  • Oxigênio ( \mathrm{O}) está no grupo 16, portanto tem 6 elétrons de valência. Representamos isso por seis pontos ao redor de \mathrm{O}.
Estes números determinam a tendência: metais (como \mathrm{Ga}) tendem a perder elétrons para atingir uma configuração eletrônica mais estável; não-metais (como \mathrm{O}) 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 ( \bullet):
  • Lewis de \mathrm{Ga} (3 elétrons de valência):
\mathrm{Ga}\,\bullet\bullet\bullet
  • Lewis de \mathrm{O} (6 elétrons de valência): normalmente desenha-se como duas pares de elétrons (pares isolados) e dois elétrons desemparelhados, mas aqui indicamos apenas a contagem:
\bullet\bullet\mathrm{O}\bullet\bullet
Esses desenhos mostram que cada \mathrm{Ga} pode perder até 3 elétrons para ficar com configuração estável semelhante a um gás nobre, e cada \mathrm{O} precisa de 2 elétrons para completar o octeto (ficar com 8 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:
\mathrm{Ga} \rightarrow \mathrm{Ga}^{3+} + 3e^{-}
Isto significa: cada átomo de \mathrm{Ga} perde 3 elétrons e torna-se o íon \mathrm{Ga}^{3+}.
  • Redução (ganho de elétrons) do oxigênio (por átomo):
\mathrm{O} + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{O}^{2-}
Isto significa: cada átomo de \mathrm{O} ganha 2 elétrons e torna-se o íon \mathrm{O}^{2-}, alcançando o octeto (8 elétrons de valência).
Essas duas meias-reações mostram as cargas que aparecem: \mathrm{Ga}^{3+} (cátion com carga +3) e \mathrm{O}^{2-} (ânion com carga -2).

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 \mathrm{Ga} perde 3e^{-}. Cada \mathrm{O} ganha 2e^{-}. O mínimo comum múltiplo entre 3 e 2 é 6 elétrons. Portanto:
Multiplicamos a oxidação por 2:
2\mathrm{Ga} \rightarrow 2\mathrm{Ga}^{3+} + 6e^{-}
Multiplicamos a redução por 3:
3\mathrm{O} + 6e^{-} \rightarrow 3\mathrm{O}^{2-}
Somando as duas meias-reações (os 6e^{-} se cancelam) obtemos a transformação global em termos de átomos/íons:
2\mathrm{Ga} + 3\mathrm{O} \rightarrow 2\mathrm{Ga}^{3+} + 3\mathrm{O}^{2-}

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:
2\times(+3) + 3\times(-2)= 6 - 6 = 0.
Logo a fórmula empírica do agregado iônico é \mathrm{Ga}_2\mathrm{O}_3.
Também podemos escrever a combinação iônica simplificada:
2\mathrm{Ga}^{3+} + 3\mathrm{O}^{2-} \rightarrow \mathrm{Ga}_2\mathrm{O}_3.

Passo 7

Equações químicas balanceadas mais familiares (usando \mathrm{O}_2 molecular, que é como o oxigênio normalmente aparece):
  • Reagindo gálio metálico com oxigênio molecular:
4\mathrm{Ga} + 3\mathrm{O}_2 \rightarrow 2\mathrm{Ga}_2\mathrm{O}_3.
(essa é a equação balanceada em termos de moléculas/átomos diatômicos de oxigênio)
  • Em forma de unidade iônica (fórmula unitária):
\mathrm{Ga}_2\mathrm{O}_3
ou, escrevendo os íons:
[ \mathrm{Ga}^{3+} ]_2 [ \mathrm{O}^{2-} ]_3.

Passo 8

Resumo das cargas elétricas envolvidas e checagem final (isso é importante para levar na prova):
  • Cada \mathrm{Ga} neutro perde 3 elétrons → vira \mathrm{Ga}^{3+}.
  • Cada \mathrm{O} neutro ganha 2 elétrons → vira \mathrm{O}^{2-}.
  • Para neutralizar cargas: são necessários 2 cátions \mathrm{Ga}^{3+} (total +6) para neutralizar 3 ânions \mathrm{O}^{2-} (total -6), dando o composto neutro \mathrm{Ga}_2\mathrm{O}_3.

Passo 9

Observação sobre a natureza da ligação (explicação prática para a prova):
  • O que acontece na formação de \mathrm{Ga}_2\mathrm{O}_3 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: \mathrm{Ga} com 3 elétrons de valência ( \mathrm{Ga}\,\bullet\bullet\bullet); \mathrm{O} com 6 elétrons de valência ( \bullet\bullet\mathrm{O}\bullet\bullet).\nÍons formados: \mathrm{Ga}^{3+} (cada \mathrm{Ga} perde 3e^{-}) e \mathrm{O}^{2-} (cada \mathrm{O} ganha 2e^{-}).\nEquação iônica balanceada (a partir de átomos): 2\mathrm{Ga} + 3\mathrm{O} \rightarrow 2\mathrm{Ga}^{3+} + 3\mathrm{O}^{2-} \rightarrow \mathrm{Ga}_2\mathrm{O}_3.\nEquação balanceada com \mathrm{O}_2: 4\mathrm{Ga} + 3\mathrm{O}_2 \rightarrow 2\mathrm{Ga}_2\mathrm{O}_3.\nVerificação de cargas: 2\times(+3)+3\times(-2)=0 (composto neutro \mathrm{Ga}_2\mathrm{O}_3).

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