Exercícios Resolvidos de Energia de Ionização

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 52-1.94. Modificado.

a) Geralmente, a primeira energia de ionização de um período cresce da esquerda para a direita com o aumento do número atômico. Por quê?

b) Examine os dados dos elementos dos blocos s e p dados abaixo. Anote qualquer exeção da regra em (a). Como você explica essas exceções?

Passo 1

a) A regra geral é de que a primeira energia de ionização cresce da esquerda para a direita em um período devido ao aumento da carga nuclear efetiva dos átomos dos elementos.

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Passo 2

b) A gente vai analisar período por período e ver as exceções, ou seja, quando a EI diminui ao invés de aumentar no período.

Do grupo 1 para o grupo 2 existe um aumento da EI em todos os períodos, não existe exceção à regra geral.

Do grupo 2 para o grupo 13 existe uma diminuição da EI no 2º, 3º e 4º períodos.

Entre os grupos 14 e 15, a única exceção fica entre o Pb e o Bi.

Entre os grupos 15 e 16, a exceção pode ser vista no 2º, 3º e 4º períodos.

Entre os grupos 17 e 18 a exceção está entre At e Rn.

Passo 3

Agora vamos explicar as exceções.

Entre os grupo 2 e 13 a diminuição da EI pode ser explicada por dois fatores.

Vamos pegar como exemplo o Mg e o Al.

M g :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2 12  

A l :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2 13     3 p 1  

O último elétron do alumínio está no subnível 3p enquanto o último elétron do magnésio está no subnível 3s.

O subnível 3p é mais energético que o subnível 3s. E como a gente sabe, quanto mais energético o subnível, menos energia a gente precisa dar ao elétron para soltá-lo. Por isso que retirar elétrons de n s maiores é mais fácil lembra?

Além disso, subníveis do tipo p ( l = 1 ) apresentam 3 orbitais degenerados, ou seja, no mesmo nível energético.

Agora olha aí o 3p¹:

Com um orbital ocupado por um elétron e outros dois orbitais vazios, é complicado pro átomo manter a degenerescência desses orbitais. Se o átomo sofrer a ionização e perder esse elétron, fica mais fácil manter os três orbitais (agora igualmente desocupados) no mesmo nível energético.

Por isso o átomo “facilita” a saída do elétron e ocorre um abaixamento da EI.

Isso ocorre para os períodos 2, 3 e 4 dessas famílias.

Por que isso não ocorre nos períodos 5 e 6?

Esses caras estão obedecendo a regra geral, então isso basta pra explicar.

Mas se você quer entender um pouco melhor, negócio é o seguinte. Todos os efeitos estão ocorrendo ao mesmo tempo: o aumento da carga nuclear efetiva, a questão do subnível p ser mais energético que o s e a degenerescência dos orbitais p.

No 2º, 3º e 4º período os dois últimos efeitos “ganham” do efeito da carga nuclear efetiva, já no 5º e 6º o efeito da carga nuclear efetiva é mais importante que os demais.

Um explicação plausível para isso é a baixo poder de blindagem dos subníveis do tipo d e f.

Há muito tempo atrás a gente conversou sobre os nós dos orbitais e vimos que os orbitais d e f tem muito mais nós que os orbitais do tipo s e p.

Com mais nós, eles blindam menos a carga nuclear. Por isso a blindagem oferecida por elétrons em orbitais d e f é menor.

Agora olha a configuração eletrônica do Ba e do Tl:

B a :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2 56  

T l 81   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2   4 f 14   5 d 10   6 p 1

A partir do 5º período os caras começam a ter muitos elétrons ocupando orbitais do tipo d e f na configuração eletrônica. Com menor blindagem, o aumento da carga nuclear efetiva se torna mais importante que os outros efeitos.

No caso, dos 25 elétrons que diferenciam a configuração eletrônica do Ba e do Tl, 24 são d ou f.

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