Exercícios sobre íon, cátion e ânions (com gabarito explicado)
Os íons são partículas fundamentais na Química, presentes em soluções, compostos iônicos e processos cotidianos, desde o sal de cozinha até a água do mar e as baterias de automóveis.
Nestes exercícios, você poderá revisar conceitos essenciais sobre íons, cátions e ânions, compreendendo suas cargas, funções e interações em diferentes contextos. Cada questão vem com gabarito explicado, permitindo que você pratique e consolide seus conhecimentos de forma clara e objetiva.
Questão 1
A água do mar é uma solução complexa que contém uma variedade de íons dissolvidos, sendo os cátions sódio (Na⁺) e magnésio (Mg²⁺) e os ânions cloreto (Cl⁻) e sulfato (SO₄²⁻) os mais abundantes. A salinidade, crucial para a densidade e correntes oceânicas, é uma medida da concentração total desses íons. A eletroneutralidade da solução exige que a soma das cargas positivas dos cátions seja igual à soma das cargas negativas dos ânions.
Considerando a composição iônica da água do mar, um químico analisa que, para cada íon de Mg²⁺ presente em uma amostra, é necessário que existam:
a) 1 íon de Cl⁻ para balancear a carga.
b) 2 íons de SO₄²⁻ para balancear a carga.
c) 2 íons de Na⁺ para compensar a mesma quantidade de carga.
d) 2 íons monovalentes negativos para neutralizar sua carga.
e) 1 íon de Cl⁻ e 1 íon de SO₄²⁻ para manter a neutralidade.
Resposta: alternativa D.
Um íon de Mg²⁺ possui uma carga positiva de +2. Para neutralizar essa carga, são necessárias cargas negativas totais de -2. Íons monovalentes negativos, como o Cl⁻, possuem carga -1 cada. Portanto, dois desses íons (-1 + -1 = -2) são necessários para balancear perfeitamente a carga de um único cátion Mg²⁺.
Questão 2
Os sucos cítricos, como o de laranja e limão, são apreciados pelo seu sabor refrescante e acidez característica. Essa acidez está diretamente relacionada à presença do ácido cítrico, que em solução aquosa se ioniza, liberando cátions hidrogênio (H⁺) para o meio. A concentração desses íons H⁺ determina o pH da bebida.
A presença do íon H⁺ no suco de laranja classifica-o, do ponto de vista químico, como um:
a) Ânion, pois é proveniente de um ácido.
b) Cátion, pois perdeu elétrons na ionização do ácido.
c) Ânion, pois sua formação envolve a doação de prótons.
d) Cátion, pois possui mais elétrons do que prótons.
e) Átomo neutro, já que é o elemento hidrogênio.
Resposta: alternativa B.
O íon H⁺ é um átomo de hidrogênio que perdeu seu único elétron. Um átomo que perde elétrons adquire uma carga positiva líquida, sendo, por definição, um cátion.
Questão 3
O cloreto de sódio (NaCl), conhecido como sal de cozinha, é um composto iônico essencial para a vida. Em seu estado sólido, forma um retículo cristalino onde os íons estão firmemente unidos. No entanto, ao ser dissolvido em água, esse arranjo é desfeito, e os íons se separam, tornando-se espécies químicas independentes e móveis na solução.
Ao se dissolver em água, a fórmula NaCl(aq) representa:
a) Uma molécula de NaCl cercada por moléculas de água.
b) Um novo composto covalente formado com a água.
c) Íons Na⁺ e Cl⁻ hidratados e dispersos na solução.
d) A formação de um ânion complexo [NaCl]⁻.
e) A quebra das moléculas de água em H⁺ e OH⁻.
Resposta: alternativa C.
Compostos iônicos, quando dissolvidos em água, sofrem o processo de dissociação iônica. As moléculas de água, que são polares, interagem com os íons do retículo cristalino, separando-os. Assim, em solução aquosa, o NaCl existe como cátions Na⁺ e ânions Cl⁻ individualizados, cada um hidratado por uma "nuvem" de moléculas de água.
Questão 4
O alumínio (Al) é um metal amplamente utilizado em embalagens e estruturas devido à sua baixa densidade e resistência à corrosão. Essa resistência é conferida por uma fina camada de óxido de alumínio (Al₂O₃) que se forma em sua superfície em contato com o ar. O óxido de alumínio é um composto iônico.
Para formar o composto iônico Al₂O₃, estável e neutro, os átomos envolvidos se transformam em íons da seguinte maneira:
a) 2 átomos de Al ganham 3 elétrons cada, formando Al³⁻, e 3 átomos de O perdem 2 elétrons cada, formando O²⁺.
b) 2 átomos de Al perdem 2 elétrons cada, formando Al²⁺, e 3 átomos de O ganham 2 elétrons cada, formando O²⁻.
c) 2 átomos de Al perdem 3 elétrons cada, formando Al³⁺, e 3 átomos de O ganham 2 elétrons cada, formando O²⁻.
d) 2 átomos de Al ganham 2 elétrons cada, formando Al²⁻, e 3 átomos de O perdem 2 elétrons cada, formando O²⁺.
e) 3 átomos de Al perdem 2 elétrons cada, formando Al²⁺, e 2 átomos de O ganham 3 elétrons cada, formando O³⁻.
Resposta: alternativa C.
O alumínio, um metal do grupo 13, tende a perder 3 elétrons para atingir a configuração eletrônica de um gás nobre, formando o cátion Al³⁺. O oxigênio, um não metal do grupo 16, tende a ganhar 2 elétrons para completar sua camada de valência, formando o ânion O²⁻. Para que o composto seja neutro, as cargas totais devem se anular: 2 cátions (Al³⁺) têm carga total +6 e 3 ânions (O²⁻) têm carga total -6, resultando em uma molécula neutra.
Questão 5
A bateria de um carro, do tipo chumbo-ácido, funciona baseada em reações de oxirredução que envolvem a transformação de espécies químicas em íons e vice-versa. Durante o processo de descarga, o eletrólito é uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H₂SO₄), que fornece os íons necessários para a condução da corrente elétrica.
Os íons majoritários presentes no eletrólito de uma bateria de carro em funcionamento são:
a) Pb²⁺ e Pb⁴⁺
b) H⁺ e SO₄²⁻
c) OH⁻ e SO₄²⁻
d) H⁺ e O²⁻
e) PbSO₄ e H₂O
Resposta: alternativa B.
O ácido sulfúrico (H₂SO₄) é um ácido forte que, em solução aquosa, se ioniza quase completamente, liberando cátions hidrogênio (H⁺) e ânions sulfato (SO₄²⁻). São estes íons que atuam como condutores de corrente elétrica no interior da solução eletrolítica da bateria.
Questão 6
A fluoretação da água de abastecimento público é uma medida de saúde amplamente adotada para prevenir a cárie dentária. O flúor, adicionado na forma de compostos como o fluoreto de sódio (NaF) ou ácido fluossilícico (H₂SiF₆), atua fortalecendo a estrutura do esmalte dos dentes. Em solução, esses compostos liberam o ânion fluoreto (F⁻).
Considerando a estrutura atômica, o ânion F⁻ se forma quando um átomo de flúor (número atômico 9):
a) Perde um elétron da sua camada de valência.
b) Perde um próton do seu núcleo.
c) Ganha um próton, tornando-se neutro.
d) Ganha um elétron, completando sua camada de valência.
e) Compartilha um elétron com um átomo de sódio.
Resposta: alternativa D.
O flúor (₉F) possui configuração eletrônica 1s² 2s² 2p⁵, tendo 7 elétrons na camada de valência (2). Para atingir a estabilidade eletrônica do gás nobre (8 elétrons de valência), ele tende a ganhar um elétron. Ao ganhar um elétron, o átomo de flúor adquire uma carga negativa líquida, transformando-se no ânion F⁻.
Questão 7
A qualidade do solo para o plantio é frequentemente avaliada pela sua capacidade de troca de cátions (CTC), que mede a habilidade do solo em reter e fornecer nutrientes carregados positivamente para as plantas, como o potássio (K⁺), o cálcio (Ca²⁺) e o magnésio (Mg²⁺). Solos com alta CTC são geralmente mais férteis.
Um agricultor, ao realizar a análise do solo, verificou a presença de Ca²⁺ e K⁺. Do ponto de vista químico, uma diferença fundamental entre esses dois nutrientes é:
a) O cátion Ca²⁺ é derivado de um metal alcalino, enquanto o K⁺ é derivado de um metal alcalino-terroso.
b) O cátion K⁺ possui maior carga, o que o torna mais fortemente retido pela argila do solo.
c) O cátion Ca²⁺ possui maior densidade de carga (carga/raio iônico) que o K⁺, influenciando sua retenção no solo.
d) O cátion K⁺ é um ânion disfarçado, pois o potássio é um não metal.
e) Para neutralizar a carga de um Ca²⁺, são necessários dois íons K⁺, pois ambos possuem a mesma carga.
Resposta: alternativa C.
Ambos são cátions, mas o Ca²⁺ (derivado de um metal alcalino-terroso) possui carga +2, enquanto o K⁺ (derivado de um metal alcalino) possui carga +1. Embora o raio iônico do Ca²⁺ seja menor que o do K⁺, a carga mais elevada do cálcio resulta em uma densidade de carga (carga/tamanho) maior. Isso faz com que o Ca²⁺ seja geralmente mais fortemente adsorvido às partículas de argila carregadas negativamente do solo em comparação com o K⁺, afetando sua mobilidade e disponibilidade para as plantas.
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ALVES, Gustavo. Exercícios sobre íon, cátion e ânions (com gabarito explicado). Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-sobre-ion-cation-e-anions-com-gabarito-explicado/. Acesso em:
