1. Desenhe a reação entre \mathrm{AlCl}_{3} e \mathrm{Cl}^{-}, explicando por que \mathrm{AlCl}_{4}{ }^{-}é formado segundo Lewis.

Passo 1

O enunciado pede para desenhar a reação entre \mathrm{AlCl}_3 e \mathrm{Cl}^- e explicar, segundo a teoria de Lewis, por que se forma \mathrm{AlCl}_4^-.\n
Informações dadas (explicitadas):
\mathrm{AlCl}_3 (um composto neutro contendo um alumínio e três cloros) e \mathrm{Cl}^- (íon cloreto, com carga negativa).\n
O que preciso entregar: o desenho (fórmula/estrutura de Lewis) da reação e uma explicação passo a passo segundo Lewis mostrando por que \mathrm{AlCl}_4^- é formado.

Passo 2

Contagem de elétrons e estrutura de Lewis de \mathrm{AlCl}_3.\n
Primeiro, conte os elétrons de valência disponíveis para fazer a estrutura de Lewis de \mathrm{AlCl}_3: \mathrm{Al} tem \(3) elétrons de valência e cada \mathrm{Cl} tem \(7). Então o total é
3 + 3\cdot 7 = 24\\ \text{elétrons} = 12\\ \text{pares de elétrons}.éé
Para montar a estrutura colocamos \mathrm{Al} ao centro ligado aos três \mathrm{Cl} por três ligações simples. Cada ligação consome um par de elétrons, então já usamos 3 pares ( 6 elétrons). Os 9 pares restantes vão como pares isolados nos \mathrm{Cl} (cada \mathrm{Cl} recebe 3 pares = 6 elétrons). Assim a estrutura de Lewis simplificada é:
\text{(cada Cl com três pares de elétrons)}\quad \mathrm{Cl}-\mathrm{Al}-\mathrm{Cl}êé
com o terceiro \mathrm{Cl} ligado também ao \mathrm{Al}. Importante: depois disso o alumínio tem apenas 6 elétrons em sua camada de valência (três ligações simples), ou seja, não completou o octeto.

Passo 3

Estrutura de Lewis do íon \mathrm{Cl}^-.\n
O \mathrm{Cl}^- tem um elétron a mais que o átomo neutro de cloro. Portanto o número de elétrons de valência é
7 + 1 = 8\\ \text{elétrons} = 4\\ \text{pares}.é
Na estrutura de Lewis isso é representado por um \mathrm{Cl} com quatro pares não ligantes (quatro pares isolados). Esse íon tem carga negativa e um par de elétrons livre que pode ser doado.

Passo 4

Definição de Lewis e identificação do ácido e da base.\n
Regra de Lewis (curtinha e prática): um reagente que doa um par de elétrons é uma base de Lewis; um reagente que aceita um par de elétrons é um ácido de Lewis.\n
  • Em \mathrm{AlCl}_3, o alumínio tem só 6 elétrons ao redor — ele tem um orbital vazio (ou, visto de outra forma, está “deficiente em elétrons”) e pode aceitar um par eletrônico. Isso faz de \mathrm{AlCl}_3 um ácido de Lewis (aceitador de par eletrônico).\n
  • O \mathrm{Cl}^- tem pares solitários e carga negativa; ele é um doador de par eletrônico — ou seja, é uma base de Lewis.

Passo 5

Mecanismo de formação de \mathrm{AlCl}_4^- (desenho da reação segundo Lewis).\n
Quando \mathrm{Cl}^- se aproxima de \mathrm{AlCl}_3, ele doa um de seus pares de elétrons para o átomo de \mathrm{Al}. Isso forma uma ligação coordenada (também chamada de ligação dativa), em que ambos os elétrons da ligação vêm do \mathrm{Cl}^-. A equação simples é:
\mathrm{AlCl}_3 + \mathrm{Cl}^- \longrightarrow \mathrm{AlCl}_4^-
Na estrutura de Lewis do íon resultante, o alumínio passa a ter quatro ligações simples com cloro, totalizando 8 elétrons ao redor do \mathrm{Al} (octeto completo). O \mathrm{Cl} doador passa a estar ligado ao \mathrm{Al} mas o sistema conserva a carga total -1.\n
Mostrando o antes e o depois em palavras:
  • Antes: \mathrm{Al} com 3 ligações (6 elétrons) + \mathrm{Cl}^- com um par disponível.
  • Depois: \mathrm{Al} com 4 ligações (8 elétrons — octeto completo) formando \mathrm{AlCl}_4^-.

Passo 6

Cálculo rápido de formalidades: elétrons totais e cargas formais na produto.\n
Eletrons de valência totais para \mathrm{AlCl}_4^-: \mathrm{Al} tem \(3) e cada \mathrm{Cl} tem \(7), mais 1 elétron extra pela carga negativa:
3 + 4\cdot 7 + 1 = 32\\ \text{elétrons} = 16\\ \text{pares}.é
Na estrutura com quatro ligações simples, cada \mathrm{Cl} tem três pares isolados (6 elétrons) mais 1 par compartilhado com \mathrm{Al}; o \mathrm{Al} tem 4 pares de ligação ao redor. Se quisermos calcular carga formal do \mathrm{Al}, usamos a fórmula
\text{carga formal} = \text{elétrons de valência (isolado)} - (\text{elétrons não ligantes} + \tfrac{1}{2}\,\text{elétrons ligantes}).éêéãé
Para \mathrm{Al} no \mathrm{AlCl}_4^-:
\text{carga formal}(\mathrm{Al}) = 3 - (0 + \tfrac{1}{2}\cdot 8) = 3 - 4 = -1.
Para cada \mathrm{Cl} ligada:
\text{carga formal}(\mathrm{Cl}) = 7 - (6 + \tfrac{1}{2}\cdot 2) = 7 - 7 = 0.
Logo, a carga total é -1, que é do íon \mathrm{AlCl}_4^-. (Observação didática: a carga aparece formalmente no \mathrm{Al} nessa forma de contar, mas o elétron extra está distribuído no íon; o ponto importante para a prova é que o íon resultante tem carga -1 e que o \mathrm{Al} completou o octeto.)

Passo 7

Geometria e estabilidade: por que isso é favorável energeticamente?\n
Depois de formar quatro ligações (quatro pares de elétrons de ligação), o centro \mathrm{Al} tem quatro pares de ligação e nenhum par isolado — configuração do tipo \mathrm{AX}_4 segundo VSEPR — portanto a geometria é tetraédrica com ângulos próximos de 109{,}5^\circ. Em termos de orbitais, pode-se dizer que o \mathrm{Al} assume hibridação \mathrm{sp}^3 para acomodar as quatro ligações.\n
Por que essa formação é favorecida? Porque ao aceitar um par o \mathrm{Al} completa seu octeto, o que normalmente diminui a energia do sistema (estado mais estável). O íon \mathrm{Cl}^- é um bom doador de par pela sua densidade eletrônica extra e forma uma ligação coordenada forte que estabiliza o complexo.

Passo 8

Comentário prático (para lembrar na prova) e variações que podem aparecer no enunciado.\n
  • Reação resumida que você deve escrever/mostrar: \mathrm{AlCl}_3 + \mathrm{Cl}^- \to \mathrm{AlCl}_4^-.\n
  • Conceitos chaves para pontuar na resposta: Lewis ácido = aceita par de elétrons (aqui \mathrm{AlCl}_3); Lewis base = doa par de elétrons (aqui \mathrm{Cl}^-); ligação coordenada/dativa = par vindo só do doador; resultado = alumínio completa o octeto e forma íon tetrachloroaluminato \mathrm{AlCl}_4^-.\n
  • Dica de prova: desenhe as estruturas de Lewis antes e depois, conte elétrons, mostre que o Al passou de 6 para 8 elétrons e escreva explicitamente a equação.

Resposta

\mathrm{AlCl}_3 + \mathrm{Cl}^- \longrightarrow \mathrm{AlCl}_4^-

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