O átomo de Hélio-2 é constituído por dois elétrons orbitando um núcleo composto por dois prótons somente. O Hélio-3, possui em seu núcleo, 2 prótons e um nêutron. O Hélio-4, possui um conteúdo nuclear de dois prótons e dois nêutrons. Calcule a energia necessária para ionizar pela segunda vez os átomos de Hélio-2, Hélio-3 e o Hélio-4, isto é, retira-se um elétron e em seguida o último elétron do átomo
.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício nos pede para calcular a energia necessária para ionizar pela segunda vez os átomos de Hélio-2, Hélio-3 e Hélio-4. Isso significa que primeiro vamos remover um elétron desses átomos, formando
, e depois remover o segundo elétron de cada
. Para resolver isso, vamos usar conceitos de física atômica, especificamente sobre ionização de átomos e íons com estrutura semelhante ao do hidrogênio.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender o que significa ionização. Ionizar um átomo é basicamente remover um ou mais elétrons dele. A primeira ionização tira o primeiro elétron, e a segunda ionização remove o elétron restante de
.
Passo 3
Vamos focar na segunda ionização, que é a que nos interessa. Para calcular a energia necessária para remover o segundo elétron de
, podemos tratar esse íon como um átomo de hidrogênio, mas com carga nuclear efetiva maior. A fórmula para a energia de ionização de um íon semelhante ao hidrogênio é:
Onde:
- $ E $ é a energia de ionização,
- $ Z $ é o número de prótons no núcleo.
Passo 4
No caso do hélio, $ Z = 2 $ porque há dois prótons no núcleo. Substituindo na fórmula:
Então, a energia necessária para remover o segundo elétron de
é de 54,4 eV.
Passo 5
Agora, precisamos considerar se há alguma diferença entre os isótopos de hélio (Hélio-2, Hélio-3 e Hélio-4). A principal diferença entre eles é o número de nêutrons no núcleo, mas isso não afeta diretamente a força eletrostática que mantém os elétrons ligados ao núcleo. Portanto, a energia de ionização será a mesma para todos os isótopos considerados.
Resposta
A energia necessária para ionizar pela segunda vez os átomos de Hélio-2, Hélio-3 e Hélio-4 é de 54,4 eV para cada um deles.