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:
O ou Cl

Passo 1

Enunciado: entre \mathrm{O} e \mathrm{Cl}, qual dos dois átomos tem a primeira energia de ionização maior?
Informações dadas (explícitas ou implícitas): os dois elementos são átomos neutros do quadro periódico: \mathrm{O} (oxigénio) e \mathrm{Cl} (cloro). Não há outras informações numéricas no enunciado.

Passo 2

O que é “primeira energia de ionização” (definição clara e simples).
A primeira energia de ionização é a energia necessária para retirar o elétron mais fracamente ligado de um átomo neutro no estado gasoso. Em termos químicos/energéticos: é a energia para fazer a transformação
\text{Átomo(g)} \longrightarrow \text{Íon}^{+}(g) + e^{-}.ÁÍ
Quanto maior essa energia, mais difícil é remover o primeiro elétron.

Passo 3

Por que a posição na tabela periódica influencia essa energia (conceitos essenciais).
Dois efeitos principais que controlam a primeira energia de ionização são:
  • o efeito do número quântico principal n (camada eletrónica): elétrons com maior n estão, em média, mais longe do núcleo, portanto menos fortemente ligados;
  • a carga nuclear efetiva Z_{\text{eff}}: é a carga positiva efetiva que os elétrons de valência “sentem” depois do efeito de blindagem (shielding) dos elétrons internos. Maior Z_{\text{eff}} puxa os elétrons com mais força e aumenta a energia de ionização.
Uma forma qualitativa e útil de pensar é a proporcionalidade aproximada
I \propto \frac{Z_{\text{eff}}^{2}}{n^{2}},
onde I é a energia de ionização, Z_{\text{eff}} é a carga nuclear efetiva do elétron que vai ser removido e n é o número quântico principal da camada desse elétron. Essa expressão não é uma lei exata, mas ajuda a comparar ordens de grandeza.

Passo 4

Localização dos elementos e dados básicos (onde cada um está na tabela periódica).
  • \mathrm{O} está no período 2 e no grupo 16. O número atômico é Z=8. O seu elétron de valência está em n=2.
  • \mathrm{Cl} está no período 3 e no grupo 17. O número atômico é Z=17. O seu elétron de valência está em n=3.

Passo 5

Estimativa qualitativa por efeitos concorrentes (explicar em linguagem simples).
  • Em sentido horizontal (da esquerda para a direita) a energia de ionização tende a aumentar porque Z_{\text{eff}} aumenta (mais prótons atraindo os mesmos elétrons de valência).
  • Em sentido vertical (de cima para baixo) a energia de ionização tende a diminuir porque n aumenta (elétrons mais afastados e maior blindagem).
No nosso caso \mathrm{Cl} está à direita de \mathrm{O} (ganha prótons, o que tende a aumentar I), mas está numa camada abaixo ( n maior), o que tende a diminuir I. Precisamos ver qual efeito domina.

Passo 6

Estimativa semi-quantitativa usando uma noção simples de blindagem (Slater simplificado) e a proporcionalidade dada.
Vamos estimar Z_{\text{eff}} de forma bem simples: subtraímos a blindagem dos elétrons internos do número atômico (isto é uma aproximação pedagógica, suficiente para comparação).
  • Para \mathrm{O} (valente em n=2): elétrons internos são os 1s^{2} (2 elétrons). Aproximando Z_{\text{eff}} para os elétrons de valência:
Z_{\text{eff}}(\mathrm{O}) \approx 8 - 2 = 6.
Usando n=2, a estimativa proporcional é
I(\mathrm{O}) \propto \frac{6^{2}}{2^{2}} = \frac{36}{4} = 9.
  • Para \mathrm{Cl} (valente em n=3): elétrons internos são os 1s^{2}2s^{2}2p^{6} (total 10 elétrons). Aproximando:
Z_{\text{eff}}(\mathrm{Cl}) \approx 17 - 10 = 7.
Usando n=3, a estimativa proporcional é
I(\mathrm{Cl}) \propto \frac{7^{2}}{3^{2}} = \frac{49}{9} \approx 5{,}44.
Comparando os valores proporcionais estimados, 9 para \mathrm{O} vs 5{,}44 para \mathrm{Cl}, vemos que o efeito da camada adicional ( n maior) em \mathrm{Cl} domina sobre o aumento pequeno de Z_{\text{eff}}. Portanto esperamos que \mathrm{O} tenha maior energia de ionização.

Passo 7

Confirmação com valores empíricos (só para validar e deixar você mais seguro).
Os valores empíricos (tabelados) da primeira energia de ionização são aproximadamente:
I_{1}(\mathrm{O}) \approx 1314\\ \text{kJ·mol}^{-1},
I_{1}(\mathrm{Cl}) \approx 1251\\ \text{kJ·mol}^{-1}.
Isso confirma que \mathrm{O} tem uma primeira energia de ionização maior que \mathrm{Cl}.

Passo 8

Resumo didático e dica para a prova (como raciocinar rápido).
  • Veja período e grupo: subir na coluna aumenta I, ir para a direita também aumenta I.
  • Quando os dois elementos estão em períodos diferentes e em grupos diferentes, compare: se um está numa camada muito mais interna (menor n), esse efeito de menor distância costuma vencer variações modestíssimas de Z_{\text{eff}}.
  • Para respostas rápidas: cheque quem tem menor número quântico principal n (tende a ter maior I), salvo casos muito extremos. Aqui \mathrm{O} tem n=2 vs \mathrm{Cl} com n=3, então prefira \mathrm{O}.

Resposta

\mathrm{O}

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