Com base nas tendências periódicas, escolha (se possível) o maior átomo em cada um dos pares a seguir. Explique sua escolha.
Al ou Ge
Al ou Ge
Passo 1
O que o enunciado pede: escolher, com base nas tendências periódicas, qual é o maior átomo entre
e
.
Informações relevantes que vamos usar (algumas são propriedades conhecidas dos elementos): tem número atômico
e
tem número atômico
. Temos também que
está no terceiro período (nível principal
) e
está no quarto período (nível principal
).
Informações relevantes que vamos usar (algumas são propriedades conhecidas dos elementos):
Passo 2
Princípios gerais das tendências que vamos aplicar (só descrevendo; usada depois para decidir):
- Ao percorrer um período da esquerda para a direita, o raio atômico tende a diminuir. Isso acontece porque o núcleo ganha prótons (
aumenta) e, embora mais elétrons sejam adicionados, eles entram basicamente no mesmo nível de energia e não fazem blindagem suficiente; o efeito líquido é um aumento da atração nuclear sobre os elétrons externos. - Ao descer uma família (ir para baixo numa coluna), o raio atômico tende a aumentar. Isso ocorre porque os elétrons mais externos ocupam níveis principais com número quântico
maior (estão, em média, mais distantes do núcleo) — ou seja, há camadas eletrônicas adicionais que aumentam o tamanho do átomo.
Passo 3
Explicando camadas eletrônicas e por que
importa (aulas práticas e simples):
- O número quântico principal
indica a “camada” ou “distância média” do elétron ao núcleo: maior → elétron mais afastado → átomo maior, em geral. - Configurações eletrônicas relevantes (apenas para ver onde estão os elétrons externos):
(valência principal em )
(valência principal em )
Logo, os elétrons de valência deestão em e os de em . Só isso já sugere que, tudo o mais sendo semelhante, tende a ser maior porque tem uma camada a mais.
Passo 4
Introduzindo a noção de carga nuclear efetiva
(fórmula e explicação):
- Uma forma simples de pensar é usar a ideia de carga nuclear efetiva
onde
é o número atômico (número de prótons) e
é uma medida da blindagem (ou seja, quantos elétrons internos “bloqueiam” a atração do núcleo sobre os elétrons externos).
- Interpretação: quanto maior
, mais fortemente o núcleo puxa os elétrons externos e, tendencialmente, menor o raio. aumenta quando há muitos elétrons internos. - Estimativa razoável e simples (para comparação qualitativa): tomar
aproximadamente igual ao número de elétrons internos (os que não pertencem à camada de valência). Assim: - Para
: elétrons internos (configuração [Ne]), então . - Para
: elétrons internos (configuração [Ar] ), então .
Essa é uma aproximação grosseira, mas suficiente para comparação:tem um pouco maior, o que tenderia a diminuir seu raio — mas atenção: isso compete com o efeito do maior.
- Para
Passo 5
Comparando os dois efeitos (nível
versus
) com um modelo simples:
- Um modelo qualitativo usado às vezes é que o raio ~
(este não é um cálculo preciso para átomos multieletrônicos, mas é útil para comparar tendências). Aqui é o número quântico principal da camada de valência e a carga efetiva sobre o elétron de valência. - Aplicando a estimativa:
Para: e , então a estimativa é Para : e , então - Conclusão dessa comparação: apesar de
ter e maiores, o aumento do número quântico principal de para (ou seja, uma camada extra) produz um aumento do tamanho que vence o aumento na atração nuclear efetiva. Então .
Passo 6
Intuição final e reforço:
- Resumindo de forma simples e prática: descer na tabela periódica (mesmo mudando de grupo) geralmente aumenta o tamanho porque adiciona-se uma camada eletrônica.
está um período abaixo de (valência em contra ), então é maior. - Esse resultado é consistente com o que se aprende nas tabelas de raios atômicos: átomos com elétrons de valência em camadas mais externas (maior
) costumam ter raios maiores, mesmo quando o núcleo tem mais prótons.
Resposta
Ge