Coloque os elementos abaixo em ordem DECRESCENTE de primeira energia de ionização, justificando as anomalias encontradas.
  • Li, Be, B, C, N, O, F, Ne
Explique por que a primeira energia de ionização do Oxigênio (O) é menor que a do Nitrogênio (N), apesar do O estar à direita do N na tabela periódica.

Passo 1

O que o enunciado pede:
  • Colocar os elementos \mathrm{Li},\\ \mathrm{Be},\\ \mathrm{B},\\ \mathrm{C},\\ \mathrm{N},\\ \mathrm{O},\\ \mathrm{F},\\ \mathrm{Ne} em ordem DECRESCENTE da primeira energia de ionização.
  • Justificar as anomalias (os casos em que a tendência “normal” não se aplica).
  • Explicar especificamente por que a primeira energia de ionização de \mathrm{O} é menor que a de \mathrm{N}, mesmo \mathrm{O} estando à direita de \mathrm{N}.
Informações dadas (lista dos elementos do período 2 da tabela periódica): \mathrm{Li},\\ \mathrm{Be},\\ \mathrm{B},\\ \mathrm{C},\\ \mathrm{N},\\ \mathrm{O},\\ \mathrm{F},\\ \mathrm{Ne}.

Passo 2

O que é a primeira energia de ionização e por que ela importa
  • Definição: a primeira energia de ionização I_1 de um átomo é a energia necessária para remover um elétron do átomo neutro no estado gasoso:
\text{Átomo (g)} \; \xrightarrow{I_1} \; \text{Íon}^+ \text{(g)} + e^-ÁÍ
  • Unidade comum: \mathrm{kJ/mol}.
  • Interpretação física simples: quanto maior I_1, mais fortemente o átomo prende seu elétron mais externo — portanto, é mais difícil arrancá-lo.

Passo 3

Fatores que controlam I_1 (explicação didática)
  • Carga nuclear efetiva \;Z_{\text{eff}}: é a carga positiva “sentida” pelo elétron externo, aproximada por
Z_{\text{eff}} \approx Z - S,
onde Z é o número atômico e S é uma medida do efeito de blindagem (shielding) dos elétrons internos. Quanto maior Z_{\text{eff}}, mais forte a atração nuclear e maior I_1.
  • Distância do elétron ao núcleo / nível eletrônico: elétrons em camadas mais externas (maior n) ficam mais longe e são menos ligados → menor I_1.
  • Subnível / penetração: elétrons em orbitais s penetram mais próximo ao núcleo do que em p do mesmo nível, então um elétron s costuma estar mais ligado que um elétron p do mesmo nível.
  • Emparelhamento e repulsão entre elétrons: quando um orbital tem dois elétrons emparelhados, a repulsão entre eles aumenta a energia desse elétron, tornando-o mais fácil de remover (reduz I_1).
  • Resumo qualitativo para um mesmo período (mesmo nível principal n): em geral I_1 aumenta da esquerda para a direita porque Z aumenta e o aumento de blindagem S é fraco (mesma camada), mas há exceções por causa de mudança de subnível e emparelhamento.

Passo 4

Configurações eletrônicas (essas são cruciais para entender as anomalias)
Vou escrever a configuração e destacar o elétron que seria removido para a primeira ionização.
  • \mathrm{Li}: \;1s^2\,2s^1 — remove-se o elétron 2s.
  • \mathrm{Be}: \;1s^2\,2s^2 — remove-se um elétron 2s.
  • \mathrm{B}: \;1s^2\,2s^2\,2p^1 — remove-se um elétron 2p.
  • \mathrm{C}: \;1s^2\,2s^2\,2p^2 — remove-se um elétron 2p.
  • \mathrm{N}: \;1s^2\,2s^2\,2p^3 — configuração com os três orbitais 2p sem emparelhamento (meio preenchido).
  • \mathrm{O}: \;1s^2\,2s^2\,2p^4 — há emparelhamento em um dos orbitais 2p.
  • \mathrm{F}: \;1s^2\,2s^2\,2p^5.
  • \mathrm{Ne}: \;1s^2\,2s^2\,2p^6 — gás nobre, camada (n=2) completa.

Passo 5

Tendência geral no período 2 e motivos simples
  • Em um mesmo período (aqui do \mathrm{Li} ao \mathrm{Ne}) a tendência geral é: I_1 aumenta da esquerda para a direita devido ao aumento de Z com blindagem quase constante.
  • Consequência prática: átomos mais à direita (como \mathrm{F} e \mathrm{Ne}) prendem muito mais seus elétrons do que átomos à esquerda ( \mathrm{Li}, \mathrm{Be}).
  • Porém, as mudanças de subnível (remoção de um elétron p vs s) e o emparelhamento de elétrons podem criar desvios (anomalias) nessa monotonia.

Passo 6

Por que \mathrm{Be} tem I_1 maior que \mathrm{B} (anomalia Be → B)
  • Observação das configurações:
    • \mathrm{Be}: 1s^2\,2s^2 — elétron removido é de um orbital 2s bem penetrante.
    • \mathrm{B}: 1s^2\,2s^2\,2p^1 — elétron removido é de um orbital 2p.
  • Motivo físico: o orbital 2p tem menor penetração (fica, em média, mais afastado e mais “blindado” pelos elétrons internos) e é menos fortemente ligado ao núcleo do que o 2s. Assim, embora Z aumente de \mathrm{Be} para \mathrm{B}, o elétron removido em \mathrm{B} está em um subnível de energia mais alto e mais protegido — por isso é mais fácil arrancá-lo. Resultado: I_1(\mathrm{B}) < I_1(\mathrm{Be}).
  • Em palavras: passar de um elétron removido 2s para um 2p pode reduzir I_1 apesar do aumento de Z.

Passo 7

Por que \mathrm{O} tem I_1 menor que \mathrm{N} (a anomalia pedida)
  • Configurações relevantes:
    • \mathrm{N}: 1s^2\,2s^2\,2p^3 — os três elétrons 2p ocupam separadamente os três orbitais 2p_x,2p_y,2p_z com paralelo spins (configuração meio preenchida).
    • \mathrm{O}: 1s^2\,2s^2\,2p^4 — um dos orbitais 2p passa a ter dois elétrons emparelhados.
  • Efeito do emparelhamento:
    • Quando dois elétrons ocupam o mesmo orbital, há uma repulsão adicional entre eles que aumenta a energia daquele elétron. Essa repulsão torna o elétron emparelhado menos ligado ao núcleo comparado a um elétron desemparelhado em orbital equivalente.
    • Em \mathrm{N}, a configuração meio preenchida ( 2p^3) é relativamente estável por maximizar spins paralelos (princípio de Hund) e por maior estabilidade de troca (exchange energy). Em \mathrm{O}, ao ter um elétron extra, há emparelhamento em um orbital 2p, aumentando repulsão e facilitando a remoção de um elétron.
  • Conclusão: apesar de \mathrm{O} ter maior Z que \mathrm{N}, o efeito do emparelhamento e da repulsão entre elétrons no mesmo orbital reduz a energia necessária para remover um elétron — portanto I_1(\mathrm{O}) < I_1(\mathrm{N}).
  • Dica prática (para prova): sempre olhe se o elétron a ser retirado resulta de emparelhamento (se sim, pode reduzir I_1) ou se muda de subnível (de s para p, etc.).

Passo 8

Valores numéricos aproximados (para dar intuição; não é obrigatório decorar, mas ajuda)
(Apenas valores típicos de tabela, em \mathrm{kJ/mol}. Usei vírgula decimal conforme pedido.)
\begin{aligned} I_1(\mathrm{Li}) &\approx 520{,}2 \\\ I_1(\mathrm{Be}) &\approx 899{,}5 \\\ I_1(\mathrm{B}) &\approx 800{,}6 \\\ I_1(\mathrm{C}) &\approx 1086{,}5 \\\ I_1(\mathrm{N}) &\approx 1402{,}3 \\\ I_1(\mathrm{O}) &\approx 1313{,}9 \\\ I_1(\mathrm{F}) &\approx 1681{,}0 \\\ I_1(\mathrm{Ne}) &\approx 2080{,}7 \end{aligned}
Esses números confirmam a ordem e as anomalias discutidas: I_1(\mathrm{Be})>I_1(\mathrm{B}) e I_1(\mathrm{N})>I_1(\mathrm{O}).

Passo 9

Resumo prático para atacar questões na prova (passo a passo rápido)
  1. Escreva a configuração eletrônica dos elementos (foco no elétron que sai).
  2. Compare nível principal n (mesmo período → mesmo n aqui).
  3. Verifique o subnível ( s vs p): elétron s geralmente mais difícil de tirar que p.
  4. Procure emparelhamento nos orbitais: emparelhamento facilita remoção (reduz I_1).
  5. Ordene pelo aumento geral de Z_{\text{eff}}, corrigindo com as observações acima.

Passo 10

Agora aplicando tudo: ordem DECRESCENTE de I_1 (do maior para o menor)

Resposta

\mathrm{Ne} > \mathrm{F} > \mathrm{N} > \mathrm{O} > \mathrm{C} > \mathrm{Be} > \mathrm{B} > \mathrm{Li}

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