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

Passo 1

O enunciado pergunta qual dos dois elementos tem a primeira energia de ionização maior: \mathrm{Al} ou \mathrm{S}.
Informações explícitas que temos do enunciado: os dois elementos comparados são \mathrm{Al} (alumínio) e \mathrm{S} (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.

Passo 2

Listei as configurações eletrônicas (isso é dado pela tabela periódica; não estou inventando nada):
\mathrm{Al}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}3p^{1}
\mathrm{S}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}3p^{4}
Essas configurações mostram que, para ambos, os elétrons mais externos estão no mesmo nível principal n=3 (ou seja, mesma camada), mas \mathrm{S} tem carga nuclear efetiva maior por ter mais prótons.
Explico o conceito de “carga nuclear efetiva” ( Z_{\text{eff}}), 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:
Z_{\text{eff}} \approx Z - S
onde Z é o número atômico (nº de prótons) e S é a soma do efeito de blindagem dos outros elétrons. Quanto maior Z_{\text{eff}}, 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 ( n=3), a blindagem dos elétrons internos (camadas 1 e 2) é praticamente a mesma para os dois. A diferença relevante vem do aumento de Z quando vamos de \mathrm{Al} para \mathrm{S}: \mathrm{Al} tem número atômico \,Z=13 e \mathrm{S} tem \,Z=16. Logo, sem mais nada, espera-se que Z_{\text{eff}} seja maior para \mathrm{S} e, portanto, que a energia de ionização seja maior para \mathrm{S} do que para \mathrm{Al}.

Passo 4

Para tornar isso concreto e numérico (sem depender só de palavras), vamos estimar Z_{\text{eff}} pelos chamados “Slater’s rules” — é uma forma prática que dá uma boa ideia do porquê. Regras resumidas (aplicáveis para um elétron ns ou np):
  • Elétrons no mesmo nível principal ( n) (exceto o próprio elétron) contribuem com 0{,}35 cada um para S.
  • Elétrons no nível n-1 contribuem com 0{,}85 cada.
  • Elétrons em níveis ainda menores contribuem com 1{,}00 cada.

Passo 5

Calculemos Z_{\text{eff}} aproximado para um elétron 3p em \mathrm{Al} ( Z=13):
Elétrons além do próprio que estão em n=3: os 3s^{2} (dois elétrons) → contribuição 2\times0{,}35=0{,}70.
Elétrons em n-1 (ou seja n=2): 2s^{2}2p^{6} total 8 elétrons → 8\times0{,}85=6{,}80.
Elétrons em n-2 ( 1s^{2}): 2\times1{,}00=2{,}00.
Soma do shielding:
S_{\mathrm{Al}} = 0{,}70 + 6{,}80 + 2{,}00 = 9{,}50
Então
Z_{\text{eff,Al}} \approx 13 - 9{,}50 = 3{,}50.

Passo 6

Agora para \mathrm{S} ( Z=16), para um elétron 3p:
Elétrons no mesmo nível n=3 (excluindo o elétron considerado): 3s^{2} mais os outros 3p (são 3 outros) → total 5 elétrons \rightarrow 5\times0{,}35=1{,}75.
Elétrons em n-1: 8\times0{,}85=6{,}80.
Elétrons em n-2: 2\times1{,}00=2{,}00.
Soma do shielding:
S_{\mathrm{S}} = 1{,}75 + 6{,}80 + 2{,}00 = 10{,}55
Então
Z_{\text{eff,S}} \approx 16 - 10{,}55 = 5{,}45.

Passo 7

Interpretação dos números: Z_{\text{eff,S}} \approx 5{,}45 é claramente maior que Z_{\text{eff,Al}} \approx 3{,}50. 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 \mathrm{S} do que do \mathrm{Al}, ou seja, a primeira energia de ionização de \mathrm{S} é maior.
Observação sobre efeitos finos: existe em alguns casos pequenas exceções às tendências puras (por exemplo, \mathrm{O} vs \mathrm{N} por emparelhamento eletrônico). Aqui, no entanto, a diferença de carga nuclear efetiva entre \mathrm{Al} e \mathrm{S} é grande o suficiente para que não haja exceção — o \mathrm{S} tem energia de ionização maior que \mathrm{Al}.
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 577\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}} e a do enxofre é aproximadamente 1000\\ \mathrm{kJ\\ mol^{-1}}. Esses números concordam com a conclusão acima.

Resposta

S

Exercícios relacionados