15- Discuta a tendência nas eletronegatividades ao longo do Periodo 2 do lítio ao flúor. Você pode explicar a diferença em detalhes da tendência na energia de ionização?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) discutir a tendência nas eletronegatividades ao longo do Período 2, do lítio até o flúor; (2) explicar em detalhe a diferença/tratamento da tendência na energia de ionização (isto é, por que a energia de ionização segue a tendência geral e quais são as exceções e a razão delas).
Informações relevantes que temos do enunciado (implícitas): os elementos a considerar são . Vou usar os estados eletrônicos e valores típicos de referência (escala de Pauling para eletronegatividade e primeiras energias de ionização em kJ·mol^{-1}) para explicar a tendência.
Informações relevantes que temos do enunciado (implícitas): os elementos a considerar são
Passo 2
O que é eletronegatividade e o que é energia de ionização — definições claras e intuitivas:
- Eletronegatividade: tendência de um átomo em uma molécula de atrair para si os elétrons da ligação química. É uma propriedade “no contexto de ligações”; há várias escalas, a mais usada é a de Pauling.
- Uma definição útil (Mulliken) que conecta conceitos:
, onde é a primeira energia de ionização e a afinidade eletrônica. Isso mostra que eletronegatividade está relacionada a quão difícil é tirar um elétron ( ) e quão atraente é ganhar um elétron ( ).
- Uma definição útil (Mulliken) que conecta conceitos:
- Energia de ionização (primeira energia de ionização): energia necessária para remover o elétron mais fracamente ligado de um átomo isolado no estado gasoso. É uma medida da dificuldade de arrancar um elétron de um átomo isolado.
Passo 3
Conceitos físicos que controlam as duas propriedades (explicação didática):
- Carga nuclear efetiva,
: é a carga positiva “efetiva” sentida pelos elétrons externos, depois de subtraída a proteção (blindagem) causada pelos elétrons internos. Quanto maior , maior a atração do núcleo pelos elétrons externos. - Raio atômico: quanto menor o elétron externo está do núcleo, mais fortemente ele é atraído. Em geral, menor raio → maior
sentido → maior energia de ionização e maior eletronegatividade. - Blindagem e penetração orbital: elétrons em orbitais
penetram mais perto do núcleo (são menos blindados) que elétrons ; portanto, um elétron está mais fortemente ligado ao núcleo que um no mesmo átomo. - Estabilidade por meio-preenchimento / emparelhamento: subníveis meio-preenchidos (por exemplo
) têm estabilidade extra; emparelhamento de elétrons num orbital gera repulsão que facilita remoção de um elétron.
Passo 4
Configurações eletrônicas do Período 2 (úteis para analisar efeitos de
e
):
-
-
-
-
-
(meio-preenchido) -
(um par no subnível ) -
Explicação prática: ao mover da esquerda para a direita no mesmo período, adicionamos prótons ao núcleo (aumenta a carga nuclear
) e colocamos elétrons no mesmo nível de energia principal (
), então a blindagem adicional entre vizinhos de período é pequena — logo
aumenta e o raio diminui.
Passo 5
Tendência esperada e observada para eletronegatividade:
- Esperamos eletronegatividade aumentar de
até porque aumenta e o raio diminui — os átomos prendem mais fortemente os elétrons de ligação. - Valores típicos na escala de Pauling (para ilustrar a tendência):
Esses valores mostram um aumento quase constante de→ . Explique: mesmo que haja pequenas diferenças na energia de ionização isolada, a eletronegatividade na prática reflete tanto a dificuldade de perder elétron quanto a facilidade de ganhar elétron em ligações, e a tendência de domina.
Passo 6
Tendência esperada e observada para a primeira energia de ionização:
- Em geral, a primeira energia de ionização aumenta ao atravessar o período (mais prótons, elétron mais preso). Valores típicos (kJ·mol^{-1}) para comparação:
- Observação: existe um aumento geral, mas aparecem duas “quebras” notáveis: uma entre
e (queda de → se compararmos de com ), e outra entre e (queda de → ).
Passo 7
Por que ocorre a exceção
(ou seja,
) — explicação passo a passo:
- Configurações:
; . - O elétron removido na primeira ionização de
vem de um orbital ; em vem do orbital . Orbitais têm menor penetração e são menos fortemente ligados ao núcleo que no mesmo átomo. Assim, apesar de ter mais um próton, o elétron é relativamente fácil de arrancar. - Conclusão: a mudança de subnível (
→ ) é a razão física da queda de ao passar de para .
Passo 8
Por que ocorre a exceção
(ou seja,
) — explicação passo a passo:
- Configurações:
(cada orbital com um elétron — meio-preenchido, configuração relativamente estável); (um orbital tem par de elétrons). - Em
, aparece emparelhamento em um orbital , e o elétron emparelhado sofre repulsão do outro elétron no mesmo orbital, tornando-o mais fácil de remover. Em , a configuração sem pares nos orbitais é especialmente estável. - Conclusão: emparelhamento eletrônico e a estabilidade do subnível meio-preenchido explicam a queda de
de para .
Passo 9
Como reconciliar eletronegatividade (quase monotônica) com as exceções na energia de ionização:
- Eletronegatividade depende tanto de
quanto de (Mulliken) e, na prática (escala de Pauling), também incorpora informações de energias de ligação. Pequenas variações em isolado podem não causar quebras óbvias na eletronegatividade porque o contexto de ligação e a afinidade eletrônica compensam. - Exemplo concreto: embora
seja menor que , ainda é mais eletronegativo que na escala de Pauling porque tem maior e maior tendência em uma ligação de polarizar elétrons para si (e a afinidade eletrônica e ligações envolvidas favorecem isso). Em suma: é uma grande influência, mas não a única.
Passo 10
Resumo dos fatores principais a memorizar para a prova (jeito rápido de raciocinar na hora):
- Em um mesmo período: olhar para
crescente → eletronegatividade e tendem a aumentar; raio diminui. - Verificar mudanças de subnível: se ao atravessar o período mudamos de remover um elétron
para um elétron , espere que o elemento com elétron tenha menor do que a “tendência” sugeriria (ex.: vs ). - Verificar emparelhamento no mesmo subnível: se um átomo tem configuração meio-preenchida, ele pode ter
maior que o vizinho que tem elétrons pareados (ex.: vs ). - Para eletronegatividade use: se precisar de resposta rápida, diga “aumenta de Li a F” e mencione que o motivo é
maior e raio menor; se pedirem exceções, explique as duas quebras de e relacione com configuração eletrônica.
Resposta
Eletronegatividade aumenta de
a
devido ao aumento do
e à diminuição do raio atômico (valores de Pauling:
).
A energia de ionização em geral também aumenta ao atravessar o período, mas apresenta duas exceções importantes: porque o elétron removido em
é um
(menos penetrante/mais fraco que
), e
porque
tem configuração
(meio-preenchida, mais estável) enquanto
tem emparelhamento em
que aumenta repulsão e facilita remoção.
A energia de ionização em geral também aumenta ao atravessar o período, mas apresenta duas exceções importantes: