36-Por que a segunda energia de ionização dos elementos alcalinos (grupo 1 ou coluna 1A) é muito maior que a primeira energia de ionização? Dica: Lembre-se do nível de energia onde estão o primeiro e o segundo elétrons que serão arrancados do átomo. Lembre-se também que muitos átomos adquirem configuração eletrônica estável com oito elétrons no nível de valência.
Passo 1
O enunciado pergunta claramente: “Por que a segunda energia de ionização dos elementos alcalinos (grupo 1) é muito maior que a primeira energia de ionização?”
Informações relevantes fornecidas ou implícitas que vamos usar (listei-as aqui para não me perder depois):
Informações relevantes fornecidas ou implícitas que vamos usar (listei-as aqui para não me perder depois):
- Átomos alcalinos têm um elétron de valência isolado na camada externa (por exemplo, configurações como
para o lítio ou para o sódio). - Muitos átomos atingem uma configuração eletrônica estável (regra do octeto) ao perder esse elétron de valência; ou seja, ao perder o primeiro elétron o átomo frequentemente fica com configuração de gás nobre.
- A pergunta compara a energia necessária para arrancar o primeiro elétron (energia de ionização 1) com a necessária para arrancar o segundo (energia de ionização 2) do mesmo átomo.
Passo 2
O que é “energia de ionização” e o que significa “primeira” e “segunda”:
- A energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo isolado no estado gasoso. Vou chamar isso de
. - A primeira energia de ionização,
, é a energia para tirar o primeiro elétron neutro:
- A segunda energia de ionização,
, é a energia para tirar um elétron de :
Importante:
mede a força com que o segundo elétron é ligado ao íon já positivo. Em geral, retirar um elétron de uma espécie já carregada positivamente costuma dar mais trabalho, porque o núcleo atrai mais fortemente os elétrons restantes.
Passo 3
Fatores físicos que controlam quão ligado um elétron está (por que alguns elétrons são fáceis de tirar e outros não):
- Distância média ao núcleo: elétrons em níveis com maior número quântico principal
ficam, em média, mais longe do núcleo e são mais fracos ligados. Ex.: elétrons em são mais fáceis de tirar que em . - Blindagem (shielding): elétrons internos reduzem a carga nuclear efetiva sentida pelos elétrons externos. Quanto mais elétrons internos entre o elétron considerado e o núcleo, menor a carga efetiva
que aquele elétron “vê”. - Carga nuclear efetiva
: é a carga efetiva do núcleo depois da blindagem; quanto maior , mais forte a atração. - Orbital (tipo
): elétrons em orbitais têm maior probabilidade de estar mais próximos do núcleo do que em do mesmo nível, portanto podem ser ligeiramente mais difíceis de remover (detalhe menor aqui, mas útil em casos finos).
Passo 4
Uma ideia quantitativa simples e útil (modelo hidrogenoide qualitativo):
Para um elétron em uma aproximação simples, a energia de ligação escala aproximadamente como
Para um elétron em uma aproximação simples, a energia de ligação escala aproximadamente como
onde
é o número quântico principal da camada onde o elétron está e
é a carga nuclear efetiva que o elétron “sente”. Explicando as variáveis:
-
indica quão longe (em média) o elétron está do núcleo; menor → mais ligado. -
é a carga positiva efetiva do núcleo após considerar a blindagem pelos outros elétrons; maior → mais atração → maior energia de ionização.
Essa fórmula é simplificada, mas dá a intuição: diminuirou aumentar aumenta muito a energia necessária para remover o elétron.
Passo 5
Aplicando isso aos alcalinos (passo a passo concreto, do tipo que dá para fazer na prova):
- Um átomo alcalino tem configuração do tipo
(um elétron solitário na camada externa). Exemplos: , . Peguei essas configurações da definição de elementos do grupo 1. - Remover o primeiro elétron (calcular
) significa tirar esse elétron de valência em relativamente alto (por exemplo, para Li, para Na). Esse elétron está relativamente longe do núcleo e bastante blindado pelos elétrons internos, logo sobre ele é relativamente baixo → não é tão grande. - Depois de remover esse elétron o átomo alcalino fica com a configuração de gás nobre do período anterior (por exemplo,
tem configuração ). Essa configuração é especialmente estável (regra do octeto): a camada de valência fica completa. Essa estabilidade significa que a espécie já está em um estado de energia bem mais baixo e “confortável”. - Agora, para arrancar o segundo elétron (calcular
) é necessário tirar um elétron de uma camada interna que tem menor e que está menos blindada e mais fortemente atraída pelo núcleo. Pelo modelo qualitativo,
onde
e
é maior. Portanto
aumenta muito em comparação com
.
Em palavras: o primeiro elétron é “do lado de fora” e sai relativamente fácil; o segundo seria um elétron de “camada interna”, bem preso.
Em palavras: o primeiro elétron é “do lado de fora” e sai relativamente fácil; o segundo seria um elétron de “camada interna”, bem preso.
Passo 6
Intuição física com um exemplo mental (para fixar):
Imagine o átomo como uma casa com várias portas (camadas). O elétron de valência está sentado na porta da frente (fácil de tirar). Depois de tirar esse cara, a casa fica com todas as portas internas trancadas e protegidas (configuração estável). Para tirar o próximo elétron você tem que arrombar uma porta interna reforçada — dá muito mais trabalho. A estabilidade extra da “casa trancada” (configuração de gás nobre) cria o grande salto entre e
.
Imagine o átomo como uma casa com várias portas (camadas). O elétron de valência está sentado na porta da frente (fácil de tirar). Depois de tirar esse cara, a casa fica com todas as portas internas trancadas e protegidas (configuração estável). Para tirar o próximo elétron você tem que arrombar uma porta interna reforçada — dá muito mais trabalho. A estabilidade extra da “casa trancada” (configuração de gás nobre) cria o grande salto entre
Passo 7
Dicas práticas para a prova (o que fazer rápido quando cair uma questão assim):
- Escreva a configuração eletrônica do átomo neutro.
- Identifique de qual nível/quântico
sai o primeiro elétron (isso dá uma boa ideia de ). - Verifique a configuração após perder um elétron; se ficar com configuração de gás nobre (camada completa), espere um salto grande em
. - Justifique citando distância ao núcleo (menor
), maior e estabilidade da configuração fechada.
Passo 8
Resumo final e encorajamento:
A razão central é dupla e simples: (i) o primeiro elétron nos alcalinos está em uma camada externa pouco ligada (logo relativamente baixo); (ii) ao removê-lo o íon resultante tem uma configuração muito estável (gás nobre), de onde tirar o segundo elétron significa arrancá-lo de uma camada interna mais próxima do núcleo e mais fortemente ligada — por isso
é muito maior. Você consegue usar essa lógica sempre que aparecerem perguntas sobre saltos nas energias de ionização. Vai dar certo — respira e aplica os passos na prova!
A razão central é dupla e simples: (i) o primeiro elétron nos alcalinos está em uma camada externa pouco ligada (logo
Resposta
Porque ao perder o primeiro elétron o elemento alcalino fica com configuração de gás nobre (camada de valência completa), e o segundo elétron que teria de ser removido pertence a uma camada interna com número quântico
menor e com maior carga nuclear efetiva
; assim esse segundo elétron está muito mais fortemente ligado ao núcleo, fazendo
ser muito maior que
.