Para cada par abaixo, indique qual espécie possui o maior raio e explique por quê.
  • Cl ou Ar

Passo 1

O enunciado pede que eu indique qual das duas espécies tem o maior raio e explique o porquê. As espécies fornecidas são:
  • \mathrm{Cl} (cloro), presumivelmente átomo neutro;
  • \mathrm{Ar} (argônio), átomo neutro.
Informações relevantes dadas ou implícitas que vou usar:
  • Os números atômicos são Z(\mathrm{Cl})=17 e Z(\mathrm{Ar})=18.
  • Vou comparar os raios atômicos dos átomos neutros \mathrm{Cl} e \mathrm{Ar}.

Passo 2

O que é “raio atômico” e por que ele varia?
  • O raio atômico é uma medida do quão longe, em média, ficam os elétrons mais externos do núcleo. Não existe um limite preciso (elétrons formam uma nuvem), então usamos medidas médias (raio covalente, van der Waals, etc.), mas para comparação periódica basta entender a tendência.
  • Dois fatores principais que determinam o raio atômico:
    1. O nível principal de energia ocupado pelos elétrons mais externos, indicado por n. Maior n geralmente significa maior raio.
    2. A carga nuclear efetiva, Z_{\text{eff}}: quanto maior Z_{\text{eff}}, mais forte é a atração do núcleo sobre os elétrons e menor tende a ser o raio.
Explicação do conceito de carga nuclear efetiva (didático):
  • A carga nuclear real é Z (número de prótons). Mas elétrons internos “blindam” parte dessa carga para os elétrons externos. Então define-se Z_{\text{eff}} \approx Z - S,onde S é a contribuição de blindagem (shielding) pelos outros elétrons.
  • Se dois átomos têm elétrons externos no mesmo nível n, o que mais importa para o raio é Z_{\text{eff}}: maior Z_{\text{eff}} → elétrons puxados mais para o núcleo → raio menor.

Passo 3

Eletrons de valência e nível principal para \mathrm{Cl} e \mathrm{Ar}.
  • Configuração eletrônica (usando a notação usual): \mathrm{Cl}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^5
\mathrm{Ar}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^6
  • Observação importante: ambos têm elétrons mais externos no mesmo nível principal n=3. Portanto a diferença de raio não vem de diferença de n, e sim de diferenças em Z_{\text{eff}} e em repulsões eletrônicas.

Passo 4

Intuição qualitativa da tabela periódica
  • Ao mover-se da esquerda para a direita em um mesmo período, n permanece constante, mas Z aumenta (mais prótons). A blindagem aumenta muito pouco extra, então Z_{\text{eff}} cresce e o raio atômico tende a diminuir.
  • Como \mathrm{Cl} (posição à esquerda de \mathrm{Ar} no mesmo período) tem Z menor que \mathrm{Ar}, espera-se que \mathrm{Cl} tenha raio maior que \mathrm{Ar}.

Passo 5

Cálculo ilustrativo usando as Regras de Slater (aproximação) para ver Z_{\text{eff}}
  • Para um elétron 3p a blindagem S é obtida somando contribuições:
    • elétrons no mesmo nível n=3 (exceto o elétron considerado): 0,35 cada;
    • elétrons no nível n=2: 0,85 cada;
    • elétrons em n=1 ou abaixo: 1,00 cada.
  • Para \mathrm{Cl} ( Z=17), um elétron 3p:
    • elétrons no mesmo nível (excluindo o considerado): há 7 elétrons em n=3 no total, então 6 outros contribuem: 6\times0,35.
    • elétrons em n=2: 8 elétrons, cada um 0,85.
    • elétrons em n=1: 2 elétrons, cada um 1,00.
    S(\mathrm{Cl}) = 6\times0,35 + 8\times0,85 + 2\times1,00 = 2,10 + 6,80 + 2,00 = 10,90
Z_{\text{eff}}(\mathrm{Cl}) \approx Z - S = 17 - 10,90 = 6,10
  • Para \mathrm{Ar} ( Z=18), um elétron 3p:
    • elétrons no mesmo nível (excluindo o considerado): agora há 8 em n=3 no total, então 7 outros contribuem: 7\times0,35.
    • elétrons em n=2: 8 elétrons, cada 0,85.
    • elétrons em n=1: 2 elétrons, cada 1,00.
    S(\mathrm{Ar}) = 7\times0,35 + 8\times0,85 + 2\times1,00 = 2,45 + 6,80 + 2,00 = 11,25
Z_{\text{eff}}(\mathrm{Ar}) \approx 18 - 11,25 = 6,75
  • Comparação: Z_{\text{eff}}(\mathrm{Ar}) \approx 6,75 é maior que Z_{\text{eff}}(\mathrm{Cl}) \approx 6,10. Isso confirma quantitativamente a expectativa qualitativa.

Passo 6

Interpretação e conclusão final
  • Como ambos têm n=3 para os elétrons mais externos, o fator decisivo é Z_{\text{eff}}.
  • Argônio tem maior Z_{\text{eff}} (maior atração nuclear efetiva sobre os elétrons de valência), portanto puxa a nuvem eletrônica mais para perto do núcleo, resultando em raio menor.
  • Logo, o átomo de cloro ( \mathrm{Cl}) tem maior raio do que o átomo de argônio ( \mathrm{Ar}).

Resposta

Cl

Exercícios relacionados