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:
As ou Sb
As ou Sb
Passo 1
O enunciado pergunta, de forma direta: entre os elementos arsenieto (
) e antimônio (
), qual dos dois tem a primeira energia de ionização maior?
Informações dadas: os dois nomes/símbolos dos elementos ( e
). Não há outras informações explícitas na questão.
Informações dadas: os dois nomes/símbolos dos elementos (
Passo 2
O que é a primeira energia de ionização? Vou explicar devagar e com calma: a primeira energia de ionização é a energia mínima necessária para retirar um elétron do átomo neutro no seu estado fundamental. Em palavras: quanta “energia” preciso dar para arrancar o elétron mais externo. Quanto mais fortemente o átomo prende esse elétron, maior a primeira energia de ionização.
Existem tendências bem conhecidas na tabela periódica que nos ajudam a comparar elementos sem medir nada no laboratório:
- Tendência horizontal (mesma linha/período): ao mover para a direita, a energia de ionização tende a aumentar (átomos ficam menores e o núcleo atrai mais forte).
- Tendência vertical (mesma coluna/grupo): ao descer no grupo, a energia de ionização tende a diminuir (elétrons externos ocupam níveis com maior número quântico principal
, ficam mais distantes e mais blindados pelos elétrons internos).
Essas tendências vêm da combinação de dois fatores: a carga nuclear efetiva (quanto do próton do núcleo “sobra” sentida pelo elétron externo) e a distância média do elétron ao núcleo.
Passo 3
Vamos localizar e escrever a configuração eletrônica dos dois átomos — isso é útil porque mostra onde está o elétron que será arrancado.
-
(arsênio) está no grupo 15 e no período 4. Configuração eletrônica (estado fundamental):
-
(antimônio) está no grupo 15 e no período 5. Configuração eletrônica (estado fundamental):
Observe um ponto importante: ambos têm configuração de valência com
(
para
e
para
). Isso significa que ambos têm a mesma distribuição de elétrons de valência em termos de subnível (os dois têm um semi-preenchimento
, que dá certa estabilidade extra). Então essa estabilidade “p^3” é similar para os dois e não é o fator decisivo entre eles.
Passo 4
Agora vamos comparar os fatores que realmente diferenciam
e
:
- Principal quantum number (nível) do elétron externo: em
o elétron a ser removido está em (subnível ); em está em (subnível ). Elétrons com maior, em média, ficam mais longe do núcleo e são menos fortemente ligados. - Blindagem (shielding): elétrons internos “bloqueiam” a atração do núcleo. Descendo no grupo há mais camadas internas, logo maior blindagem em
. - Carga nuclear efetiva
: é a carga efetiva do núcleo sentida pelo elétron externo; maior tende a aumentar energia de ionização.
Para comparar quantitativamente sem complicar demais, eu vou usar duas ferramentas didáticas: (1) uma estimativa do
usando as Regras de Slater (método prático) e (2) uma relação aproximada tipo hidrogenoide que diz que a energia do elétron escala com
. Isso serve só para comparação relativa — não vai dar o número exato da energia de ionização, mas mostra qual átomo prende o elétron com mais força.
Passo 5
Aplicando as Regras de Slater (explico rápido como elas funcionam):
- Para um elétron em orbital
ou : cada outro elétron no mesmo nível contribui com para o escudo; cada elétron no nível contribui com ; elétrons em níveis mais internos contribuem com .
Vou calcular, onde é o número atômico e é o total de blindagem estimada.
Para
(
), elétron externo em
:
- Elétrons no mesmo nível
: são e os outros → total elétrons contribuindo com cada: . - Elétrons em
(o nível ): → total elétrons contribuindo com : . - Elétrons mais internos (níveis 1 e 2): total
elétrons contribuindo com : .
Somando a blindagem:
Logo
Para
(
), elétron externo em
:
- Elétrons no mesmo nível
: são e os outros → elétrons com : . - Elétrons em
(o nível ): → elétrons com : . - Elétrons mais internos (níveis 1–3): total
elétrons com : .
Somando a blindagem:
Logo
Interessante: pelo cálculo aproximado de Slater ambos têm um
muito parecido (
). Isso é razoável porque adicionamos prótons e também muitas camadas que blindam — o resultado é que a “carga efetiva” sentida pelo elétron externo fica parecida.
Passo 6
Com
aproximadamente igual, o fator que decide é o nível principal
: para elétrons em átomos aproximadamente hidrogenoides, a energia de ligação (em escala qualitativa) varia como
Usando essa estimativa comparativa (mesmo
para os dois), basta comparar
:
- Para
: , então . - Para
: , então .
Como
, o elétron em
está, em média, mais fortemente ligado que o elétron em
. Mesmo com
parecido, o maior tamanho (maior
) de
faz a diferença: elétron mais longe e mais fácil de arrancar.
Logo a primeira energia de ionização de
é maior que a de
.
Passo 7
Resumo intuitivo e motivacional: ambos têm a mesma configuração de valência (
), então não é uma diferença de “meio preenchimento versus preenchido” que decide — é o fato de que
tem seus elétrons de valência em um nível mais alto (
), mais longe e mais blindado. Portanto,
prende melhor o seu elétron mais externo. Confia: essa é a ideia que cai muito em prova e é uma comparação direta dentro do mesmo grupo.
Resposta
As