28- Apresente uma explicação para a evidência experimental de que os elementos do período do Hg apresentarem de maneira geral valores maiores de afinidade eletrônica que os elementos do período do cádmio.
Passo 1
O enunciado pede uma explicação (física/química) para a evidência experimental de que, em termos gerais, os elementos do período em que está o
(ou seja, período
) apresentam valores maiores de afinidade eletrônica do que os elementos do período do
(período
). Informação dada: comparação qualitativa entre os dois períodos; objetivo é explicar por que os valores experimentais de afinidade eletrônica (EA) tendem a ser maiores no período
do que no período
. Não há figura nem dados numéricos adicionais no enunciado.
Passo 2
O que é afinidade eletrônica e como interpretá‑la experimentalmente. A afinidade eletrônica (EA) é a energia liberada quando um átomo isolado, no estado gasoso, recebe um elétron extra:
Na convenção química, quanto maior a EA (ou seja, quanto mais energia é liberada), maior é a “tendência” do átomo em aceitar um elétron. Experimentalmente a EA é medida em elétron‑volts (
) ou quilojoules por mol (
). Para entender por que um átomo tem EA maior ou menor precisamos analisar as grandezas que controlam a atração do núcleo pelo elétron adicional: carga nuclear, blindagem (shielding), raio atômico e energias de emparelhamento.
Passo 3
Entendendo os conceitos chave que vamos usar (explicação passo a passo, sem pressupor conhecimento prévio):
- Carga nuclear efetiva
: é a carga positiva “efetiva” sentida por um elétron externo, depois de descontada a blindagem pelos elétrons internos. Mais → núcleo “puxa” mais forte os elétrons → maior tendência de aceitar um elétron (EA maior). - Blindagem (shielding): elétrons internos reduzem a atração do núcleo sentida por elétrons externos. Orbitais com fraca blindagem (por ex.
) deixam maior para elétrons externos. - Raio atômico: elétrons mais próximos do núcleo sentem maior atração; menor raio normalmente favorece EA maior.
- Efeitos de emparelhamento e repulsão eletrônica: adicionar um elétron a uma subcamada já parcialmente cheia pode ser energeticamente desfavorável por repulsão entre elétrons de mesmo orbital, reduzindo a EA relativa.
Passo 4
Regra geral periódica e a aparente contradição: ao percorrer um mesmo período (da esquerda para a direita) normalmente a EA aumenta porque
cresce e o raio diminui. Ao descer num grupo (mesma coluna) normalmente a EA diminui porque o raio aumenta (elétron extra fica mais longe do núcleo). Porém, ao comparar periodos inteiros (periodo
vs periodo
) observa‑se experimentalmente que muitos elementos do período
apresentam EA maiores do que os análogos do período
. Para explicar isso precisamos identificar efeitos especiais que afetam os elementos pesados do período
.
Passo 5
Efeito 1 — contração devido ao preenchimento dos
(lanthanide contraction). Ao preencher os lantanídeos (os
) antes dos elementos do bloco
do período
, os elétrons
fazem uma blindagem ineficiente do núcleo. Isso provoca uma contracção do tamanho atômico dos elementos do período
em relação ao que se esperaria. Consequência prática: para muitos grupos, o raio dos elementos do período
fica parecido ou até menor que o correspondente do período
, o que aumenta
sentido pelo elétron externo e tende a aumentar a EA. Em outras palavras, a presença dos
faz com que o incremento de distância ao núcleo não seja tão grande quanto imaginávamos, então o núcleo do período
“puxa” com força comparável ou maior.
Passo 6
Efeito 2 — efeitos relativísticos na eletrosfera (muito importantes a partir dos elementos pesados). Em átomos com núcleos com número atômico grande (
grande), elétrons internos (especialmente os de baixa energia e baixa momento angular, como os
) atingem velocidades relativísticas significativas. Dois resultados práticos:
- Contração relativística dos orbitais
(por exemplo o orbital em ): o raio efetivo desses orbitais diminui e sua energia fica mais baixa (mais estabilizada). - Expansão/elevação relativa de energia dos orbitais
e por efeito de blindagem e acoplamento spin‑órbita.
A contração e estabilização do orbitaltornam o átomo mais capaz de atrair um elétron adicional (maior EA) e também explicam propriedades químicas peculiares de elementos pesados (ex.: e têm comportamentos diferentes dos análogos mais leves).
Passo 7
Juntando os dois efeitos centrais: lanthanide contraction + efeitos relativísticos. Ambos atuam no mesmo sentido de aumentar a atração efetiva do núcleo por elétrons externos nos elementos do período
:
- lanthanide contraction reduz o raio e aumenta
relativo; - efeitos relativísticos estabilizam orbitais
(puxando‑os para mais próximo do núcleo).
O resultado experimental é um aumento da afinidade eletrônica para muitos elementos do períodoem comparação com os análogos do período .
Passo 8
Exemplo ilustrativo (evidência experimental observada): ao comparar pares análogos, observa‑se frequentemente EA do elemento pesado maior que o do leve. Um exemplo bem conhecido que ilustra o papel relativístico é o ouro e a prata: o
(período
) apresenta afinidade eletrônica experimental maior do que
(período
), e isso é atribuído em parte aos efeitos relativísticos sobre o
do
. Esse tipo de comparação experimental é a evidência que fundamenta a afirmação do enunciado.
Passo 9
Outros fatores menores e ressalvas práticas:
- A afinidade eletrônica é também sensível à configuração eletrônica específica de cada elemento (fechamento de subníveis, emparelhamento etc.), então nem todo elemento do período
terá EA maior que o análogo do período ; a afirmação é em termos gerais/tendência. - Medições experimentais podem variar por método, e correlações teóricas (cálculos quânticos) confirmam que os efeitos relativísticos e de contração explicam as diferenças observadas.
Passo 10
Resumo final em linguagem direta e motivadora: a razão física da evidência experimental é que, em átomo mais pesado (período
), duas coisas importantes acontecem que aumentam a atração por um elétron extra: (1) a contração causada pelo preenchimento dos
(lanthanide contraction) deixa os elétrons externos mais próximos com maior carga nuclear efetiva; (2) efeitos relativísticos contraem e estabilizam os orbitais
, tornando mais fácil captar um elétron. Juntas, essas contribuições explicam por que, em geral, os elementos do período de
apresentam afinidades eletrônicas maiores do que os do período de
. Força aí — essa é a explicação que você precisa levar para a prova!
Resposta
Em termos gerais, porque nos elementos do período
atuam dois efeitos que aumentam a atração do núcleo pelo elétron extra: a contração causada pelo preenchimento dos orbitais
(lanthanide contraction), que reduz o raio e aumenta a carga nuclear efetiva
, e os efeitos relativísticos que contraem e estabilizam os orbitais
; juntos esses fatores fazem com que muitos elementos do período
apresentem afinidades eletrônicas experimentais maiores que os análogos do período
.