Compare os elementos flúor e cloro em relação às seguintes propriedades. Explique as diferenças entre os dois elementos.
Raio atômico.
Raio atômico.
Passo 1
O que o enunciado pede: comparar os elementos flúor e cloro em relação ao raio atômico e explicar por que eles diferem.
Informações relevantes que vamos usar (dados da tabela periódica e da configuração eletrônica):
- Flúor: símbolo
, número atômico , período . - Cloro: símbolo
, número atômico , período . - Ambos pertencem ao mesmo grupo (halogênios, grupo 17), ou seja, têm a mesma quantidade de elétrons de valência (
). - A pergunta é apenas sobre raio atômico (não foi pedido nada sobre íons, eletronegatividade etc.).
Passo 2
O que é “raio atômico” e por que ele importa
- Definição prática: o raio atômico é uma medida da distância média entre o núcleo e a “casca” onde ficam os elétrons mais externos. Não existe uma única fórmula exata porque elétrons formam nuvens; por isso existem várias definições (covalente, iônica, de van der Waals). Aqui vamos falar do conceito geral: quão “grande” é o átomo.
- Intuição física: dois fatores principais determinam o tamanho do átomo:
- O nível principal ocupado pelos elétrons mais externos, dado pelo número quântico principal
. Quanto maior , mais “longe” em média estão os elétrons do núcleo. - A atração efetiva do núcleo sobre esses elétrons, chamada carga nuclear efetiva
. Quanto maior , mais fortemente os elétrons são puxados para perto do núcleo e menor o raio.
- O nível principal ocupado pelos elétrons mais externos, dado pelo número quântico principal
Passo 3
Tendências periódicas que vamos usar (resumo simples e útil para prova)
- Ao descer numa coluna (mesmo grupo): o raio atômico aumenta porque os elétrons externos ocupam níveis com
maior (uma nova camada é adicionada). - Ao mover-se para a direita numa linha (mesmo período): o raio atômico tende a diminuir porque
aumenta enquanto o nível dos elétrons externos permanece o mesmo; a maior carga nuclear efetiva puxa os elétrons mais para dentro.
No nosso caso específico: flúor está no período
e cloro no período
. Isso sugere, pela primeira tendência, que o cloro deve ter raio maior que o flúor por ter um nível
mais externo.
Passo 4
Explicação quantitativa intuitiva usando carga nuclear efetiva
- Fórmula conceitual (não é uma lei exata, mas ajuda muito na intuição):
onde
é o número atômico (número de prótons) e
é a constante de blindagem (shielding) causada pelos outros elétrons.
- Quanto maior
, maior a atração do núcleo sobre um elétron externo e, tudo o mais igual, menor o raio.
Vamos estimar
para um elétron de valência de
e de
usando regras simples (Slater) para ver a tendência (isso mostra por que não basta só olhar para
).
Passo 5
Cálculo aproximado de
por Slater (passo a passo, didático)
Para um elétron do tipo
ou
, as regras úteis (resumidas) são:
- Outros elétrons no mesmo nível
contribuem com cada um para (exceto 1s onde a contribuição entre os dois 1s é mas aqui usaremos a regra padrão). - Elétrons no nível
contribuem com cada um. - Elétrons em níveis mais internos (
) contribuem com cada um.
Agora aplicamos:
Flúor (
, configuração
):
- Para um elétron de valência (ex.: um dos
): . - Elétrons no mesmo nível
, excluindo o elétron em questão: elétrons contribuição . - Elétrons no nível
: (2 elétrons) contribuição . - Soma de blindagem:
. - Logo
Cloro (
, configuração
):
- Para um elétron de valência
: . - Elétrons no mesmo nível
, excluindo o elétron em questão: elétrons contribuição . - Elétrons no nível
: elétrons contribuição . - Elétrons em níveis mais internos (
): elétrons contribuição . - Soma de blindagem:
. - Logo
Interpretação:
estimado (aprox.
) é um pouco maior que
(aprox.
). Isso significa que, se comparássemos elétrons no mesmo nível
, o cloro poderia atrair seus elétrons externos com força igual ou maior. Porém…
Passo 6
Por que, apesar de
maior, o cloro tem raio maior que o flúor
- O fator decisivo é o nível principal
. Em flúor os elétrons de valência estão em ; em cloro estão em . O aumento de leva a orbitais com maior extensão espacial (média da distância ao núcleo maior). Mesmo que em seja ligeiramente maior, isso não compensa o salto para um nível mais externo. - Em termos práticos: o aumento do tamanho do orbital quando se passa de
para é grande; portanto átomos do período 3 são claramente maiores que os do período 2 na mesma coluna.
Passo 7
Valores aproximados e conclusão numérica (úteis para checar na prova)
- Raio covalente aproximado (valores tabulados, usados frequentemente como referência):
-
: (picômetros). -
: .
-
- Observação: existem diferentes definições de raio (covalente, iônico, van der Waals); os números acima são típicos para raio covalente e já mostram que
é muito maior que .
Resumo em palavras simples e motivadoras: o cloro tem raio atômico maior que o flúor porque seus elétrons de valência ocupam o nível
(mais distante do núcleo) enquanto os do flúor ocupam
. A blindagem e a carga nuclear efetiva explicam detalhes finos (por exemplo, por que
aumenta ao descer o grupo), mas a diferença de camada eletrônica domina e faz o cloro ser claramente maior.
Resposta
O cloro tem raio atômico maior que o flúor.
Valores aproximados: ;
.
Valores aproximados: