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):
  • Átomos alcalinos têm um elétron de valência isolado na camada externa (por exemplo, configurações como 1s^2\,2s^1 para o lítio ou [Ne]\,3s^1 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 E_{\text{ion}}.
  • A primeira energia de ionização, E_{1}, é a energia para tirar o primeiro elétron neutro:
\text{A} \longrightarrow \text{A}^+ + e^-,\quad E_1
  • A segunda energia de ionização, E_{2}, é a energia para tirar um elétron de \text{A}^+:
\text{A}^+ \longrightarrow \text{A}^{2+} + e^-,\quad E_2
Importante: E_2 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 n ficam, em média, mais longe do núcleo e são mais fracos ligados. Ex.: elétrons em n=3 são mais fáceis de tirar que em n=2.
  • 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 Z_{\text{eff}} que aquele elétron “vê”.
  • Carga nuclear efetiva Z_{\text{eff}}: é a carga efetiva do núcleo depois da blindagem; quanto maior Z_{\text{eff}}, mais forte a atração.
  • Orbital (tipo s,p,d): elétrons em orbitais s têm maior probabilidade de estar mais próximos do núcleo do que em p 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
E \propto \frac{Z_{\text{eff}}^{2}}{n^{2}},
onde n é o número quântico principal da camada onde o elétron está e Z_{\text{eff}} é a carga nuclear efetiva que o elétron “sente”. Explicando as variáveis:
  • n indica quão longe (em média) o elétron está do núcleo; menor n → mais ligado.
  • Z_{\text{eff}} é a carga positiva efetiva do núcleo após considerar a blindagem pelos outros elétrons; maior Z_{\text{eff}} → mais atração → maior energia de ionização.
    Essa fórmula é simplificada, mas dá a intuição: diminuir n ou aumentar Z_{\text{eff}} 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 \ldots ns^{1} (um elétron solitário na camada externa). Exemplos: \text{Li}:\;1s^{2}\,2s^{1}, \text{Na}:\;[Ne]\,3s^{1}. Peguei essas configurações da definição de elementos do grupo 1.
  • Remover o primeiro elétron (calcular E_{1}) significa tirar esse elétron de valência em n relativamente alto (por exemplo, n=2 para Li, n=3 para Na). Esse elétron está relativamente longe do núcleo e bastante blindado pelos elétrons internos, logo Z_{\text{eff}} sobre ele é relativamente baixo → E_{1} não é tão grande.
  • Depois de remover esse elétron o átomo alcalino fica com a configuração de gás nobre do período anterior (por exemplo, \text{Na}^+ tem configuração [Ne]). Essa configuração é especialmente estável (regra do octeto): a camada de valência fica completa. Essa estabilidade significa que a espécie \text{A}^+ já está em um estado de energia bem mais baixo e “confortável”.
  • Agora, para arrancar o segundo elétron (calcular E_{2}) é necessário tirar um elétron de uma camada interna que tem n menor e que está menos blindada e mais fortemente atraída pelo núcleo. Pelo modelo qualitativo,
E_2 \propto \frac{Z_{\text{eff,\,interna}}^{2}}{n_{\text{interna}}^{2}},
onde n_{\text{interna}}<n_{\text{externa}} e Z_{\text{eff,\,interna}} é maior. Portanto E_2 aumenta muito em comparação com E_1.
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_1 e E_2.

Passo 7

Dicas práticas para a prova (o que fazer rápido quando cair uma questão assim):
  1. Escreva a configuração eletrônica do átomo neutro.
  2. Identifique de qual nível/quântico n sai o primeiro elétron (isso dá uma boa ideia de E_1).
  3. Verifique a configuração após perder um elétron; se ficar com configuração de gás nobre (camada completa), espere um salto grande em E_2.
  4. Justifique citando distância ao núcleo (menor n), maior Z_{\text{eff}} 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 E_1 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 E_2 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!

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 n menor e com maior carga nuclear efetiva Z_{\text{eff}}; assim esse segundo elétron está muito mais fortemente ligado ao núcleo, fazendo E_{2} ser muito maior que E_{1}.

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