Com base nas tendências periódicas determine (se possível) o elemento em cada um dos pares vistos a seguir tem a primeira energia de ionização maior:
Al ou S
Al ou S
Passo 1
O enunciado pergunta qual dos dois elementos tem a primeira energia de ionização maior:
ou
.
Informações explícitas que temos do enunciado: os dois elementos comparados são (alumínio) e
(enxofre). Não há outras informações fornecidas na questão (por ex. valores numéricos), então vamos trabalhar com as propriedades atômicas padrão desses elementos.
Entender exatamente o que é “primeira energia de ionização”. Vou explicar devagar: a primeira energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro no estado gasoso. Em outras palavras, quanto maior essa energia, mais fortemente o elétron mais externo está ligado ao átomo. Não precisa decorar fórmula complicada: pense assim — se é mais difícil arrancar o elétron, a energia de ionização é maior.
Informações explícitas que temos do enunciado: os dois elementos comparados são
Entender exatamente o que é “primeira energia de ionização”. Vou explicar devagar: a primeira energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro no estado gasoso. Em outras palavras, quanto maior essa energia, mais fortemente o elétron mais externo está ligado ao átomo. Não precisa decorar fórmula complicada: pense assim — se é mais difícil arrancar o elétron, a energia de ionização é maior.
Passo 2
Listei as configurações eletrônicas (isso é dado pela tabela periódica; não estou inventando nada):
Essas configurações mostram que, para ambos, os elétrons mais externos estão no mesmo nível principal
(ou seja, mesma camada), mas
tem carga nuclear efetiva maior por ter mais prótons.
Explico o conceito de “carga nuclear efetiva” ( ), que é fundamental para entender energias de ionização. A carga nuclear efetiva é a carga positiva do núcleo que “sobra” para atrair um elétron valente depois de descontar o efeito de blindagem (shielding) dos outros elétrons. Uma expressão simples e intuitiva:
Explico o conceito de “carga nuclear efetiva” (
onde
é o número atômico (nº de prótons) e
é a soma do efeito de blindagem dos outros elétrons. Quanto maior
, mais fortemente o núcleo atrai os elétrons de valência → maior energia de ionização, em geral.
Passo 3
Como os dois átomos estão no mesmo período (
), a blindagem dos elétrons internos (camadas
e
) é praticamente a mesma para os dois. A diferença relevante vem do aumento de
quando vamos de
para
:
tem número atômico
e
tem
. Logo, sem mais nada, espera-se que
seja maior para
e, portanto, que a energia de ionização seja maior para
do que para
.
Passo 4
Para tornar isso concreto e numérico (sem depender só de palavras), vamos estimar
pelos chamados “Slater’s rules” — é uma forma prática que dá uma boa ideia do porquê. Regras resumidas (aplicáveis para um elétron
ou
):
- Elétrons no mesmo nível principal (
) (exceto o próprio elétron) contribuem com cada um para . - Elétrons no nível
contribuem com cada. - Elétrons em níveis ainda menores contribuem com
cada.
Passo 5
Calculemos
aproximado para um elétron
em
(
):
Elétrons além do próprio que estão em : os
(dois elétrons) → contribuição
.
Elétrons em (ou seja
):
total
elétrons →
.
Elétrons em (
):
.
Soma do shielding:
Elétrons além do próprio que estão em
Elétrons em
Elétrons em
Soma do shielding:
Então
Passo 6
Agora para
(
), para um elétron
:
Elétrons no mesmo nível (excluindo o elétron considerado):
mais os outros
(são 3 outros) → total
elétrons
.
Elétrons em :
.
Elétrons em :
.
Soma do shielding:
Elétrons no mesmo nível
Elétrons em
Elétrons em
Soma do shielding:
Então
Passo 7
Interpretação dos números:
é claramente maior que
. Isso significa que o núcleo do enxofre atrai seus elétrons de valência com força efetiva maior do que o núcleo do alumínio. Consequência direta: é mais difícil remover um elétron do
do que do
, ou seja, a primeira energia de ionização de
é maior.
Observação sobre efeitos finos: existe em alguns casos pequenas exceções às tendências puras (por exemplo, vs
por emparelhamento eletrônico). Aqui, no entanto, a diferença de carga nuclear efetiva entre
e
é grande o suficiente para que não haja exceção — o
tem energia de ionização maior que
.
Só para confirmar com valores experimentais conhecidos (apenas para checar; você não precisa decorar, mas é bom para confiança): a primeira energia de ionização do alumínio é aproximadamente e a do enxofre é aproximadamente
. Esses números concordam com a conclusão acima.
Observação sobre efeitos finos: existe em alguns casos pequenas exceções às tendências puras (por exemplo,
Só para confirmar com valores experimentais conhecidos (apenas para checar; você não precisa decorar, mas é bom para confiança): a primeira energia de ionização do alumínio é aproximadamente
Resposta
S