Os íons são espécies químicas eletricamente carregadas, quando estão positivamente carregados são chamados de cátions; e quando estão negativamente carregados são chamados de ânions. São formados através do processo de ganho ou perda de elétrons, chamado de ionização.
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Estrutura dos átomos
Para entender sobre íons, devemos ter em mente a estrutura dos átomos. Segundo os modelos Rutherford-Bohr e os modelos quânticos, os átomos são compostos por um núcleo contendo prótons e nêutrons, e uma eletrosfera onde se localizam os elétrons. Quanto maior o Número Atômico de um elemento, maior seu número de elétrons e, consequentemente, maior seu raio atômico .
Formação de íons
Os átomos possuem elétrons, que “orbitam” ao redor do núcleo em níveis e subníveis de energia. Quanto mais próximo do núcleo, mais atraídos são os elétrons, pois os núcleos são carregados positivamente, enquanto os elétrons são com carga negativa. É sabido que a grande maioria dos átomos dos elementos que se encontram listados na Tabela Periódica contém suas camadas de valência incompletas, com exceção dos Gases Nobres que possuem camada de valência completa e são estáveis. Logo, os átomos neutros podem receber elétrons ou ter seus elétrons retirados de alguma forma (seja por energia ionizante ou por reações químicas).
Formação de cátions
Os cátions são partículas carregadas positivamente, são representados pela forma X+Y, onde Y pode assumir valores como +1, +2, +3, etc. Normalmente, os elementos listados na Tabela Periódica que são capazes de formarem cátions são os pertencentes aos Grupos 1, 2, 3, 4, Metais de Transição, Arsênio, Antimônio, Telúrio e Índio. Para que ocorra a formação dos cátions é necessário remover um elétron ou mais do átomo neutro. A energia de ionização de um átomo é a energia mínima necessária para a remoção do elétron na forma gasosa. Quanto maior a energia de ionização, mas difícil é para remover um elétron. Dessa forma, um cátion depois de formado adquire um número de oxidação positivo, e são representados pelas reações de exemplo logo a seguir:
Na→Na+ + 1é (Elemento Sódio perdeu um elétron adquirindo Nox +1)
Fe→Fe+3 + 3é (Elemento Ferro perdeu um elétron adquirindo Nox +3)
Formação de ânions
Os ânions são partículas carregadas negativamente, são representados pela forma X-Y, onde Y pode assumir valores como -1, -2, -3, etc. Os elementos que estão listados na Tabela Periódica que são capazes de formar ânions são os do Grupo 7, Oxigênio, Enxofre, Nitrogênio, Carbono e Fósforo. Para que ocorra a formação de ânions é necessário que o átomo receba elétrons, sendo assim é medida a afinidade ao elétron, que corresponde a atração pelo elétron extra. Numericamente, quanto maior for a atração do átomo pelo elétron extra, menor será a medida de afinidade eletrônica. Assim, um ânion depois de formado adquire um número de oxidação negativo, e são representados pelas reações de exemplo logo a seguir:
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Cl + 1é→Cl– (Átomo de cloro recebe um elétron e fica com Nox-1)
Íons poliatômicos (formados por mais de um átomo)
Até o momento, tratamos de íons que são formados por apenas um único átomo. Há íons, tanto cátions como ânions, que são formados por dois ou mais átomos, chamados de íons poliatômicos. Estes íons são formados por compostos ligados covalentemente que, após terem seus átomos unidos, a carga resultante pode ser negativa ou positiva. Exemplos de íons poliatômicos:
NH4+ íon amônio.
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SO4-2 íon sulfato.
Por Douglas Benício
Graduado em Química - Licenciatura (UEM)
Benício, Douglas. Íons. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/quimica/ions. Acesso em: 20 de April de 2024.
1. [ENEM/1999] Suponha que um agricultor esteja interessado em fazer uma plantação de girassóis. Procurando informação, leu a seguinte reportagem:
Solo ácido não favorece plantio
“Alguns cuidados devem ser tomados por quem decide iniciar o cultivo do girassol. A oleaginosa deve ser plantada em solos descompactados, com pH acima de 5,2 (que indica menor acidez da terra). Conforme as recomendações da Embrapa, o agricultor deve colocar, por hectare, 40 kg a 60 kg de nitrogênio, 40 kg a 80 kg de potássio e 40 kg a 80 kg de fósforo. O pH do solo, na região do agricultor, é de 4,8. Dessa forma, o agricultor deverá fazer a “calagem”. (Folha de S. Paulo, 25/09/1996)
Suponha que o agricultor vá fazer calagem (aumento do pH do solo por adição de cal virgem – CaO). De maneira simplificada, a diminuição da acidez se dá pela interação da cal (CaO) com a água presente no solo, gerando hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), que reage com os íons H+ (dos ácidos), ocorrendo, então, a formação de água e deixando íons Ca2+ no solo. Considere as seguintes equações:
I – CaO + 2H2O→Ca(OH)3
II – CaO + H2O→Ca(OH)2
III – Ca(OH)2 + 2H+→Ca+2 + 2H2O
IV – Ca(OH)2 + H+→CaO + H2O
O processo de calagem descrito pode ser representado pelas reações:
a) I e II
b) I e IV
c) II e III
d) II e IV
e) III e IV
2. [ENEM/2010] As misturas efervescentes, em pó ou em comprimidos, são comuns para a administração de vitamina C ou de medicamentos para azia. Essa forma farmacêutica sólida foi desenvolvida para facilitar o transporte, aumentar a estabilidade de substâncias e, quando em solução, acelerar a absorção do fármaco pelo organismo. A matérias-primas que atuam na efervescência são, em geral, o ácido tartárico ou o ácido cítrico que reagem com um sal de caráter básico, como o bicarbonato de sódio (NaHCO3), quando em contato com a água.
A partir do contato da mistura efervescente com a água, ocorre uma série de reações químicas simultâneas: liberação de íons, formação de ácido e liberação do gás carbônico – gerando a efervescência. As equações a seguir representam as etapas da reação da mistura efervescente na água, em que foram omitidos os estados de agregação dos reagentes, e H3A representa o ácido cítrico.
I. NaHCO3→Na+ + HCO3–
II. H2CO3↔H2O + CO2
III. HCO3– + H+↔H2CO3
IV. H3A↔3H+ + A–
A ionização, a dissociação iônica, a formação de ácido e a liberação de gás ocorrem, respectivamente, nas seguintes etapas:
a) IV, I, II e III
b) I, IV, III e II
c) IV, III, I e II
d) I, IV, II e III
e) IV, I, III e II
1. [C]
Para responder a esta pergunta é necessário observar o enunciado explicando como se dá a calagem: “[…], a diminuição da acidez se dá pela interação da cal (CaO) com a água presente no solo, gerando hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), que reage com os íons H+ (dos ácidos), ocorrendo, então, a formação de água e deixando íons Ca2+ no solo.”
Desse modo, podemos escrever a interação da cal com a água gerando hidróxido de cálcio como: CaO + H2O→Ca(OH)2.
Também podemos escrever a reação de íons H+ com hidróxido de sódio gerando íons Ca+2 como: Ca(OH)2 + 2H+→Ca+2 + 2H2O
2. [E]
Para responder a questão, devemos analisar as reações. Sendo assim, podemos ir por eliminação a partir das mais fáceis.
Formação de gás: sabemos que o CO2 é o gás carbônico, e a reação que apresenta a formação deste gás é a de número II. Sobraram as alternativas B, C e E.
Formação de ácido: através da teoria ácido-base de Arrhenius, um ácido possui um íon H+. Desse modo, a alternativa que nos mostra um íon H+ reagindo com outro íon negativo é a alternativa III. Sobraram as alternativas B e E.
Dissociação iônica: é o processo de separação de íons a partir de compostos moleculares. Como o NaHCO3 é um composto molecular, em água ocorre sua dissociação em cátions Na+ e ânions HCO3–.
Ionização: Processo que ocorre a formação de íons quando colocados em água. Desse modo, a molécula de ácido cítrico, H3A, quando colocada em água há a separação em íons, fazendo com que se ionize.