4^{\circ} Questão (2,0)

A primeira energia de lonização do Mg é 738 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}, a segunda é 1451 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol} e a terceira é 7733 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}. Por que no Mg a diferença entre a primeira energia de ionizaçāo) a segunda é muito menor do que a diferença entre a segunda energia de Ionızaçāo e a terceira? Explique.

Passo 1

O enunciado fornece as energias de ionização sucessivas do magnésio:
\text{1ª IE} = 738\\ \text{kJ/mol},\qquad \text{2ª IE} = 1451\\ \text{kJ/mol},\qquad \text{3ª IE} = 7733\\ \text{kJ/mol}.ªªª
A pergunta é: por que a diferença entre a segunda e a primeira energia de ionização é muito menor do que a diferença entre a terceira e a segunda? Vou calcular as diferenças numéricas (peguei esses números do enunciado):
\Delta_{2-1}=1451-738=713\\ \text{kJ/mol},
\Delta_{3-2}=7733-1451=6282\\ \text{kJ/mol}.
Ou seja, o salto entre 2ª e 3ª é muito maior que entre 1ª e 2ª. Agora vou explicar passo a passo por que isso acontece.

Passo 2

O que é energia de ionização?
A energia de ionização (IE) é a energia necessária para remover um elétron de um átomo (num mol de átomos, aqui). A primeira IE remove um elétron do átomo neutro, a segunda IE remove um elétron de um íon já positivo (por exemplo, de \mathrm{Mg}^+), e assim por diante. Em geral, IE aumenta quando se tenta remover elétrons mais internos ou quando a carga efetiva vista pelo elétron aumenta.

Passo 3

Configuração eletrônica do magnésio (peguei como dado da tabela periódica):
\mathrm{Mg}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2.
Os dois elétrons mais externos (valência) estão no orbital \,3s^2. Os elétrons de \,1s,2s,2p formam o “núcleo eletrônico” interno (configuração do neônio, \mathrm{Ne}, após remoção dos dois 3s).

Passo 4

Por que a 1ª e a 2ª IE são relativamente próximas (diferença de \,713\\ \text{kJ/mol})?
  • A 1ª IE remove um elétron do orbital \,3s (sai \mathrm{Mg}\to\mathrm{Mg}^+ + e^-).
  • A 2ª IE remove o outro elétron que também está no mesmo orbital \,3s (sai \mathrm{Mg}^+\to\mathrm{Mg}^{2+} + e^-).
    Como ambos os elétrons removidos pertencem à mesma camada externa ( n=3, mesmo tipo de orbital 3s), as energias para tirá‑los são da mesma ordem de grandeza. A diferença existe porque, depois da primeira remoção, sobra um elétron 3s a menos: a carga efetiva sentida pelo elétron restante aumenta (menos repulsão eletrônica), então a 2ª IE fica maior que a 1ª. Mas essa mudança é moderada porque ainda se está removendo um elétron de valência relativamente distante do núcleo e razoavelmente bem protegido pelos elétrons internos.

Passo 5

Por que a 3ª IE é muito maior ( \Delta_{3-2}=6282\\ \text{kJ/mol})?
Após as duas primeiras remoções a configuração de \mathrm{Mg}^{2+} é a do neônio:
\mathrm{Mg}^{2+}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\quad(\text{configuração fechada, muito estável}).çãá
A 3ª IE significa remover um elétron de uma camada interna ( n=2, por exemplo um elétron 2p), ou seja, tirar um elétron do “core” altamente ligado ao núcleo. Esses elétrons internos estão:
  • mais próximos do núcleo (menor n), logo atraídos com força muito maior;
  • menos capazes de ser protegidos por blindagem de outros elétrons (menor efeito de shielding relativo);
  • parte de uma configuração fechada (gás nobre), o que confere estabilidade adicional; quebrar essa configuração exige muita energia.
Consequentemente, a energia necessária para arrancar esse elétron interno é muito maior do que para arrancar outro elétron da camada externa. Isso produz o enorme salto observado entre a 2ª e a 3ª IE.

Passo 6

Síntese física e intuitiva (um jeito prático de lembrar na prova):
  • Remover elétrons da mesma camada externa → aumentos moderados de IE (ainda são elétrons de valência).
  • Remover o primeiro elétron de uma camada cheia interna (entrar no “core” / configuração de gás nobre) → grande aumento de IE.
    No caso do Mg, a 3ª remoção entra no core (configuração de neônio), por isso a 3ª IE é absurdamente maior que a 2ª.

Passo 7

Comparando com os números que tínhamos: o aumento de \,713\\ \text{kJ/mol} entre 1ª e 2ª IE é compatível com remoções de elétrons da mesma camada 3s; o aumento de \,6282\\ \text{kJ/mol} entre 2ª e 3ª IE mostra claramente o custo muito maior para remover um elétron do núcleo eletrônico interno (quebrar a configuração estável de gás nobre).

Resposta

A 1ª e a 2ª energias de ionização do Mg são relativamente próximas porque ambas removem elétrons da mesma camada externa 3s; ao tirar o primeiro elétron a carga efetiva no elétron remanescente aumenta, elevando a 2ª IE, mas apenas moderadamente. A 3ª energia de ionização é muito maior porque, depois de formar \mathrm{Mg}^{2+}, qualquer elétron a ser removido pertence à camada interna (configuração do gás nobre \mathrm{Ne}), sendo muito mais fortemente atraído pelo núcleo e menos protegido por blindagem, além de exigir quebrar uma configuração eletrônica extremamente estável; por isso o salto entre a 2ª e a 3ª IE é enorme.

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