Com base nas tendências periódicas, escolha (se possível) o maior átomo em cada um dos pares a seguir. Explique sua escolha.
C ou Ge
C ou Ge
Passo 1
O que o exercício pede: escolher, com base em tendências periódicas, o maior átomo entre as duas opções dadas.
Informações relevantes do enunciado: os elementos são e
. Não há outras restrições — então comparamos tamanhos atômicos (raios atômicos) entre esses dois elementos.
Informações relevantes do enunciado: os elementos são
Passo 2
Conceito-chave (explicação didática): o raio atômico varia na tabela periódica por duas razões principais:
- Número quântico principal
dos elétrons mais externos: quanto maior , mais “longe” do núcleo está, logo maior o átomo. Pense que cada nível adiciona uma camada eletrônica maior. - Carga nuclear efetiva
: é a carga que os elétrons externos realmente “sentem” depois do efeito de blindagem (shielding) dos elétrons internos. Maior puxa os elétrons para mais perto, reduzindo o raio.
Tendência prática útil na prova: ao descer um grupo (mesma coluna), o raio aumenta porque
aumenta e esse efeito geralmente domina; ao mover-se para a direita numa mesma linha,
aumenta e o raio diminui.
Passo 3
Dados eletrônicos dos dois átomos (vou escrever as configurações eletrônicas e os números atômicos):
- Carbono:
, configuração . Elétron externo tem . - Germânio:
, configuração . Elétron externo tem .
Observação: peguei as configurações eletrônicas a partir dos números atômicos padrão (estas são informações do enunciado implícitas pelos símbolos dos elementos).
Passo 4
Explicando o conceito de blindagem e carga nuclear efetiva com um cálculo aproximado (Regra de Slater) — isso ajuda a ver por que, apesar de
maior, o átomo pode ser maior.
Aplicando Slater para um elétron de valência em carbono (
):
- Elétrons na mesma camada (outros
): elétrons contribuem com cada: . - Elétrons em
(o ): elétrons contribuem com cada: .
Soma do shielding.
Carga efetiva aproximada.
Aplicando Slater para um elétron de valência em germânio (
):
- Elétrons na mesma camada (outros
): elétrons contribuem com cada: . - Elétrons em
(todos os elétrons da camada 3: → total elétrons) contribuem com cada: . - Elétrons em
ou inferiores (camadas e : total elétrons) contribuem com cada: .
Soma do shielding.
Carga efetiva aproximada.
Interpretação:
é maior que
, ou seja, o núcleo do germânio “puxa” mais fortemente os elétrons de valência do que o núcleo do carbono. Isso tende a diminuir o raio — mas não é o único efeito.
Passo 5
Comparando os efeitos de
e
: uma estimativa simples usa uma escala hidrogenoide aproximada em que o raio varia como
Vamos calcular uma medida proporcional para cada átomo (só para comparar tendências, sem buscar valor absoluto):
- Para carbono:
, então
- Para germânio:
, então
Resultado:
é muito maior que
na estimativa (aprox.
vezes maior). A razão é que o aumento de
(de
para
) aumenta fortemente o tamanho orbital (o fator
cresce de
para
), e esse efeito domina o aumento de
.
Passo 6
Conclusão didática e dica de prova: ambos os efeitos (maior carga nuclear e maior blindagem) aparecem quando se desce um grupo, mas o aumento do número quântico principal
e da extensão radial das camadas é, na prática, o fator que domina — por isso átomos mais abaixo na mesma coluna são maiores. Assim, entre dois elementos da mesma família, escolha o que está mais abaixo (maior
) como o maior átomo.
Passo 7
Aplicando a regra ao par dado:
(germânio, período 4) está abaixo de
(carbono, período 2) na tabela periódica, logo tem elétrons de valência em um nível com maior
e, portanto, é o átomo maior.
Resposta
Ge