Carga de iões de alumínio e fórmula

A carga de um ião de alumínio é tipicamente 3+. Isto porque o número atómico do elemento é 13, reflectindo o facto de ter 13 electrões e 13 prótons. A casca de valência do alumínio tem três electrões, e pela regra do octeto, estes três electrões perdem-se, resultando em apenas 10 electrões e 13 prótons. O alumínio tem então três prótons em excesso, pelo que a carga de um íon de alumínio de base é 3+.

É a resposta rápida relativamente à forma como a carga de alumínio é 3+. No entanto, para compreender melhor a relação entre iões, ionização, e os diferentes elementos, é necessário um olhar mais atento aos iões positivos e negativos.

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Facts About Aluminum

“O alumínio tem sido chamado o nutriente de sustentabilidade do mundo, e por uma boa razão. Considere-se que 75% de todo o alumínio fabricado desde 1886 ainda está a ser utilizado”. – William J. O’Rourke

Alumínio é um metal macio no grupo do boro na tabela periódica de elementos. É representado com o símbolo “Al” e tem o número atómico 13. O alumínio é um elemento extremamente abundante, de facto, é o elemento metálico mais abundante na crosta da terra. Juntamente com o ferro, o alumínio é o metal mais comummente utilizado. No ano de 2016, a produção global de alumínio foi de cerca de 59 milhões de toneladas métricas. O alumínio é utilizado para uma grande variedade de fins diferentes, incluindo a criação de veículos, baterias e materiais de embalagem, bem como a construção de edifícios e a criação de utensílios de cozinha.

A Estrutura de um Átomo

Foto: geralt via , CC0

Atoms são feitos de três partes básicas, separadas em duas regiões distintas. Os neutrões, electrões e prótons são as três partes constituintes de um átomo. Os prótons são partículas subatómicas com carga positiva, enquanto que os neutrões são partículas subatómicas que não têm carga. Os neutrões e protões têm massas que são aproximadamente iguais. Os neutrões pesam cerca de 1,67 x 10-24 gramas.

A primeira região do átomo é o núcleo, o centro do átomo. O núcleo é composto por neutrões e prótons. Fora do núcleo está a região orbital, constituída por electrões que orbitam o núcleo. As porções mais exteriores do átomo são referidas como as conchas de electrões. Estas conchas de electrões mantêm os electrões em órbita e um átomo pode ter múltiplas conchas de electrões.

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Os átomos têm propriedades diferentes com base na forma como as partículas constituintes simples estão dispostas. O número atómico de um elemento baseia-se no número de prótons que um átomo desse elemento possui. Se um átomo de um elemento é neutro, isso significa que tem o mesmo número de electrões e prótons. O número de neutrões que um elemento tem define os isótopos desse elemento. Os isótopos são simplesmente variantes diferentes dos átomos do elemento principal, diferindo apenas no número de neutrões possuídos pelo átomo.

“Conquistar a matéria é compreendê-la, e compreender a matéria é necessário para compreender o universo e a nós próprios; e que por isso a Tabela Periódica de Mendeleev, que precisamente durante aquelas semanas em que estávamos a aprender a desvendar, era poesia”. – Primo Levi

Quando tomado em conjunto, o número de massa do elemento é determinado pelo número de protões e neutrões num átomo do elemento. Os isótopos de um elemento têm números de massa que são ligeiramente diferentes porque diferem no seu número de nêutrons. A massa atómica de um elemento é discernida tomando a média dos números de massa para os diferentes isótopos de um elemento. Enquanto os isótopos são formas de elementos que diferem devido ao diferente número de neutrões nos núcleos, os iões são átomos que têm uma carga eléctrica líquida porque o átomo base do elemento ganhou ou perdeu um ou mais electrões.

Definição de um ião

Iões são moléculas ou átomos que perderam ou ganharam um ou mais electrões da sua concha de valência, o que acaba por lhes dar uma carga eléctrica líquida negativa ou positiva. Dito de outra forma, os iões têm um número desequilibrado de electrões e prótons numa espécie química. O termo ião foi inicialmente cunhado pelo químico inglês Michael Faraday para descrever produtos químicos que viajam de um eléctrodo para outro.

Iões negativos e positivos

Mostra como um átomo de hélio contém um único próton e electrão, e como pode tornar-se um catião ou ânion. Foto: Por Jkwchui – Trabalho próprio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12617370

Atomos puros não têm carga eléctrica, e isto deve-se ao facto de os átomos possuírem um número igual de electrões e prótons. Os electrões têm uma carga negativa, enquanto que os prótons são partículas subatómicas com uma carga positiva. No entanto, certas situações e interacções químicas podem fazer com que os átomos vertam um electrão ou ganhem um electrão, o que afecta a sua carga líquida. Neste caso, os átomos que têm a sua carga líquida afectada tornam-se iões.

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Como exemplo, um átomo de alumínio tem um número atómico de 13, reflectindo o facto de ter 13 protões. Cada protão tem uma carga positiva, e como a maioria dos átomos são neutros, segue-se que para cada protão que existe um electrão, para 13 electrões e 13 protões. Isto é verdade para todos os átomos de alumínio. Os metais são capazes de formar iões através da perda de electrões, e isto aplica-se ao alumínio que pode perder três electrões.

Se o resultado de uma mudança de carga produzir um ião positivo, o ião é referido como um catião. Os catiões são denotados pelo elemento que os compreende, portanto, neste caso, existe um catião de alumínio.

No exemplo particular do alumínio, o alumínio tinha uma carga inicial de zero, graças aos 13 electrões e 13 prótons que cancelam um deles. Quando um átomo de alumínio se transforma num ião, ele deixa cair três electrões. Como existem apenas 10 electrões, o seu valor é subtraído do número de prótons, e a diferença é de três positivos. Portanto, um íon de alumínio tem uma carga positiva de três, mostrada como 3+. Alguns livros de química podem colocar o símbolo “+” antes do número em vez de depois do número. A versão catiónica do alumínio também pode ser exibida com um sinal de mais e um número sobrescrito: Al+3 ou Al3+.

As para iões carregados negativamente, estes são referidos como aniões. Os ânions são o resultado de uma alteração de carga que deixa uma carga negativa em geral. Como seria de esperar, a representação de um anião é com um sinal negativo em vez do sinal positivo do catião. Como exemplo, Cl- é um anião cloro criado quando o cloro apanha outro electrão, o que lhe dá uma carga líquida de -1. Ao contrário dos catiões, que são apenas chamados catiões dos respectivos elementos, os aniões têm um esquema de nomenclatura especial (por isso um anião de cloro não é referido como um ião cloro).

“Wonder é o elemento mais pesado na tabela periódica. Até mesmo uma pequena mancha dele pára o tempo”. – Diane Ackerman

Se um ião é feito de um único elemento, então isto é denotado anexando o sufixo “-ide” ao nome do elemento, então um anião cloro torna-se cloreto, e um ião de carbono e azoto ou CN- torna-se cianeto. Na maioria dos casos, o sufixo “-ide” é suficiente. Contudo, se existirem iões feitos de mais do que um elemento (referidos como aniões poliatómicos) ou aniões que contenham oxigénio, são necessários mais sufixos e prefixos. O sufixo “-ate” é aplicado aos oxianions que têm o número típico de átomos de oxigénio dentro deles. Entretanto, o sufixo “-ite” é aplicado aos oxianions que têm menos um oxigénio do que a norma.

Para os oxianions que têm menos dois oxigenadores do que a norma, mas têm uma carga mínima, a base do elemento é anexada no meio de um prefixo “-hypo” e de um sufixo “-ite”. Entretanto, para os oxianions que têm um átomo de oxigénio a mais do que a norma, mas que ainda têm uma carga normal, é-lhe anexado o prefixo per-prefixo, bem como o sufixo “-ate”. Finalmente, aos ânions que têm enxofre em substituição do oxigénio é dado o prefixo “thio-“.

As tendências da energia de ionização para os elementos da tabela periódica. Foto: Por Sponk (ficheiro PNG)Glrx (ficheiro SVG)Wylve (zh-Hans, zh-Hant)Palosirkka (fi)Michel Djerzinski (vi)TFerenczy (cz)Obsuser (sr-EC, sr-EL, hr, bs, sh)DePiep (elementos 104-108)Bob Saint Clar (fr)Shizhao (zh-Hans)Wiki LIC (es)Agung karjono (id)Szaszicska (hu) – Trabalho próprio baseado em: Erste Ionisierungsenergie PSE color coded.png por Sponk., CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24696016

Diferentes elementos são capazes de dar origem a iões de várias maneiras diferentes, algo que não é surpreendente quando se considera quantas famílias diferentes existem na tabela periódica dos elementos. Contudo, como é possível que estes muitos elementos sejam agrupados em famílias (dado o grupo ou coluna em que se encontram na tabela periódica), é possível que a forma como estes elementos irão criar iões possa ser prevista. Algumas heurísticas podem ser usadas para prever a criação de iões.

Em geral, metais alcalinos, aqueles encontrados no grupo um da tabela periódica criam 1+ iões quando ionizam. Como exemplo, Li+ é o ião de lítio. Os metais alcalinos terrestres, os que se encontram no grupo 2 da tabela periódica, ionizam a 2+ catiões. O berílio faz ser 2+ iões. A maioria dos metais encontrados no grupo 3 da tabela periódica, tais como índio, gálio, e alumínio ionizam para formar 3+ catiões. O catião de alumínio, como se viu acima, é definido como Al 3+. O grupo 6 metalóides e não metálicos, tais como oxigénio, telúrio, selénio e enxofre, produzem 2 aniões quando ionizam. Por exemplo, o estado estável e ionizado do oxigénio é dado como O2-. Os elementos encontrados no grupo 7 da tabela periódica, produzem ânions de -1 quando ionizam. Por esta razão, o ânion de flúor seria dado como Fl-.

Metal puro, ou seja, metais não transitórios, acabarão sempre por formar cátions ou iões positivos. De facto, um dos traços que definem os metais é que os metais tendem a derramar electrões. Em contraste, os metais de transição ou metalóides podem formar iões com várias intensidades de carga, e classificar as numerosas formas como estes cátions são formados é mais complexo que os metais puros.

Enquanto os metais formam normalmente cátions, os não metais ganham normalmente electrões e formam aniões. Tal como os metais perdem elétrons, uma propriedade definidora dos não metais é que muitas vezes ganham elétrons. As razões pelas quais estes metais e os não metais ganham ou perdem electrões têm a ver com uma série de factores complexos. Alguns dos factores que influenciam a ionização dos elementos incluem o número de electrões de valência que cada átomo tem e a regra do octeto de ligação química.