Compare os elementos
e P quanto a: (a) raio atômico, (b) primeira energia de ionização, e (c) eletronegatividade. Explique as tendências observadas em termos de carga nuclear efetiva.
Passo 1
O que o enunciado pede e quais dados temos (sem resolver ainda).
-
Comparar os elementos
, , e quanto a três propriedades:
(a) raio atômico; (b) primeira energia de ionização; (c) eletronegatividade. -
Informações relevantes que vamos usar (valores fundamentais que vêm da tabela periódica):
- Números atômicos:
, , , . - Configurações eletrônicas externas (camada de valência):
-
. -
. -
. -
.
-
- Números atômicos:
-
O enunciado pede tanto a comparação (ordens) quanto a explicação das tendências em termos de carga nuclear efetiva.
Passo 2
Conceito de carga nuclear efetiva (
) e como estimá-la (aula rápida e prática).
- O que é
: é a carga nuclear “sentida” por um elétron, já descontado o efeito de blindagem (shielding) causado pelos outros elétrons. Em fórmulas: onde é o número atômico (carga nuclear inteira) e é o somatório da blindagem causada pelos demais elétrons. - Regra prática (Slater) para elétrons de valência em nível
(resumida para a nossa aplicação): - Elétrons das camadas internas (
) contribuem com cada para . - Elétrons na mesma camada (
) contribuem com cada (exceto que, se estivéssemos tratando níveis bem internos, haveria outras regras; aqui isso basta).
- Elétrons das camadas internas (
- Vamos estimar
para um elétron de valência (3s ou 3p) em cada átomo usando Slater (isso nos dá números que ajudam a entender tendências qualitativas).
Cálculos (passo a passo):
- Para
(um elétron de valência ): - Elétrons internos:
(isto é, ). - Outros elétrons na mesma camada:
. - Logo
. - Assim
- Elétrons internos:
- Para
(um dos elétrons , o outro 3s contribui): - Elétrons internos:
. - Outros elétrons na mesma camada:
(o outro ), contribuição . -
. - Logo
- Elétrons internos:
- Para
(considerando um elétron ): - Elétrons internos:
. - Outros elétrons na mesma camada:
(os dois ), contribuição . -
. - Logo
- Elétrons internos:
- Para
(um elétron em ): - Elétrons internos:
. - Outros elétrons na mesma camada:
(os dois mais os outros ), contribuição . -
. - Logo
- Elétrons internos:
Interpretação imediata:
aumenta da esquerda para a direita no período:
. Isso quer dizer que, à medida que o número atômico cresce e o aumento de blindagem não compensa totalmente, os elétrons de valência sentem uma atração nuclear maior.
Passo 3
Relação entre
e raio atômico; previsão e explicação passo a passo.
- Conceito: quanto maior
, mais forte é a atração entre núcleo e elétrons de valência, puxando a nuvem eletrônica para mais perto — isto reduz o raio atômico. - Aplicando aos nossos valores:
- Como
cresce na sequência → → → , esperamos que os raios atômicos diminuissem nessa mesma ordem.
- Como
- Resultado qualitativo (ordem do maior para o menor raio):
- Intuição adicional: todos têm elétrons de valência no mesmo nível
, então a blindagem das camadas internas é a mesma (aproximadamente), e o aumento de (número atômico) domina trazendo os elétrons mais para perto conforme avançamos no período.
Passo 4
Primeira energia de ionização (
): conceito, tendências gerais e exceções específicas aqui.
- O que é
: energia requerida para remover o elétron mais frouxo de um átomo no estado gasoso neutro: - Tendência geral:
aumenta ao longo de um período (esquerda → direita) por causa do aumento de e pela diminuição do raio — elétrons mais fortemente ligados exigem mais energia para serem removidos. - Porém, orbital de onde o elétron é removido e estabilidade de configurações têm papel: elétrons em orbitais
são, em média, menos penetrantes que e portanto mais fáceis de remover; configurações meio preenchidas trazem estabilidade extra. - Para os quatro elementos, valores experimentais (aproximados, para referência) em
: -
-
-
-
(estes números apenas para evidenciar a ordem; as unidades e precisão não são o foco)
-
- Observação e explicação das ordens:
-
tem menor porque tem pequeno e só um elétron de valência, pouco ligado. -
tem alto porque remove-se um elétron de que é relativamente bem penetrante e ligado, e tem maior que efetivamente para o elétron removido em . -
tem menor que apesar de ter maior — razão: em o elétron removido é um elétron , que sofre menor penetração (logo menor ligação) que um ; por isso é mais fácil de ionizar que (esta é uma exceção clássica na tendência periódica). -
tem bem alto devido ao maior e à estabilidade adicional da configuração (metade cheia do subnível ), que torna a remoção mais difícil.
-
- Portanto a ordem do menor para o maior
observada experimentalmente é: E essa ordem é explicada combinando crescente com efeitos de penetração orbital ( versus ) e estabilidade de subníveis (meio preenchido em ).
Passo 5
Eletronegatividade: definição, tendência e aplicação aos quatro elementos.
- Definição breve e prática: eletronegatividade é a capacidade de um átomo em uma ligação química de atrair os elétrons compartilhados. Pauling é a escala mais usada; qualitativamente, eletronegatividade aumenta com
e diminui com o aumento do raio. - Valores de referência (escala de Pauling, aproximados):
-
. -
. -
. -
.
-
- Interpretação com
: como aumenta de até e o raio diminui, a tendência é que a eletronegatividade aumente nessa sequência. - Portanto a ordem da menor para a maior eletronegatividade é:
Passo 6
Resumo final e como usar isso na prova (dicas rápidas).
- Resumo prático das tendências e por que elas acontecem (uma frase cada):
- Raio atômico: diminui da esquerda para direita porque
aumenta, puxando a nuvem eletrônica para mais perto. - Primeira energia de ionização: tende a aumentar com
, mas atenção a exceções por causa de qual orbital perde o elétron ( versus ) e estabilidade de subníveis (ex.: tem menor que porque remove-se um elétron pouco penetrante; tem alto por ser ). - Eletronegatividade: aumenta com
e com a diminuição do raio; segue a mesma ordem qualitativa do .
- Raio atômico: diminui da esquerda para direita porque
- Dica para prova: quando pedirem ordem entre elementos do mesmo período, calcule/considere rapidamente:
-
e configuração eletrônica. - Se o elétron de interesse pertence a
ou (isso pode inverter a tendência para ). - Use Slater mentalmente para justificar
qualitativamente (mesma blindagem interna, aumento de → maior ).
-
Resposta
(a) Raio atômico (maior → menor):
(b) Primeira energia de ionização (menor → maior):
(c) Eletronegatividade (menor → maior):