Compare os elementos Rb, Ca e Sr . Justifique cada resposta de forma simplificada.
(a) Qual tem o maior raio atômico?
(b) Qual tem maior energia de ionização?

Passo 1

O que o enunciado pede:
  • Comparar os elementos \mathrm{Rb}, \mathrm{Ca} e \mathrm{Sr}.
  • Pergunta (a): qual tem o maior raio atômico?
  • Pergunta (b): qual tem maior energia de ionização (primeira energia de ionização)?
Informações relevantes (posição na Tabela Periódica e configuração eletrônica — peguei estas da tabela periódica):
  • \mathrm{Ca}: número atômico 20, configuração eletrônica \mathrm{[Ar]}4s^2, período 4, grupo 2.
  • \mathrm{Rb}: número atômico 37, configuração eletrônica \mathrm{[Kr]}5s^1, período 5, grupo 1.
  • \mathrm{Sr}: número atômico 38, configuração eletrônica \mathrm{[Kr]}5s^2, período 5, grupo 2.

Passo 2

Conceitos essenciais (explicação didática):
  • Raio atômico: é uma medida do “tamanho” do átomo, tipicamente a metade da distância entre núcleos em uma ligação homonuclear. Na prática para comparação usamos tendências periódicas.
  • Tendência da tabela:
    • Ao descer um mesmo grupo (mesma coluna) o raio aumenta porque há mais camadas eletrônicas (mais níveis de energia) — os elétrons externos ficam mais longe do núcleo.
    • Ao mover-se da esquerda para a direita em um mesmo período o raio diminui porque o número de prótons aumenta e puxa os elétrons para mais perto (maior atração efetiva), sem acréscimo significativo de blindagem.
  • Blindagem e carga nuclear efetiva ( Z_{\text{ef}}): os elétrons internos “blindam” parcialmente a carga positiva do núcleo; uma forma simples de pensar é Z_{\text{ef}} \approx Z - S (onde Z é o número de prótons e S é a blindagem). Maior Z_{\text{ef}} → elétrons mais fortemente atraídos → raio menor e energia de ionização maior.

Passo 3

Aplicando as regras ao raio atômico dos três elementos:
  • Comparando períodos: \mathrm{Ca} está no período 4, enquanto \mathrm{Rb} e \mathrm{Sr} estão no período 5. Tudo mais igual, um átomo em período mais alto tem mais camadas e, portanto, maior raio. Logo \mathrm{Ca} tende a ser o menor entre os três.
  • Entre \mathrm{Rb} e \mathrm{Sr}: ambos no mesmo período 5. Dentro do mesmo período o raio diminui ao ir para a direita (mais prótons → maior Z_{\text{ef}}). \mathrm{Rb} está à esquerda de \mathrm{Sr} (grupo 1 vs grupo 2), então \mathrm{Rb} tem menor Z_{\text{ef}} percebida nos elétrons de valência e, portanto, maior raio que \mathrm{Sr}.
  • Conclusão lógica para o raio: ordem decrescente de raio é \mathrm{Rb} > \mathrm{Sr} > \mathrm{Ca}. Portanto o maior raio é \mathrm{Rb}.

Passo 4

Conceitos essenciais sobre energia de ionização (explicação didática):
  • Primeira energia de ionização ( I_1): energia necessária para remover o elétron mais externo de um átomo isolado no estado gasoso. Quanto maior a atração núcleo–elétron (maior Z_{\text{ef}} e/ou menor distância elétrica), mais difícil remover o elétron → maior I_1.
  • Tendências:
    • I_1 aumenta ao mover-se para a direita em um período (mais prótons → maior Z_{\text{ef}}).
    • I_1 diminui ao descer um grupo (elétrons externos mais distantes e mais blindagem → mais fácil remover).
  • Assim, um átomo pequeno e com alta carga efetiva tem I_1 grande; um átomo grande e com elétrons valência mais afastados tem I_1 pequeno.

Passo 5

Aplicando ao caso concreto (comparação de I_1):
  • \mathrm{Ca} (período 4) está acima de \mathrm{Sr} (período 5), então, em geral, \mathrm{Ca} terá I_1 maior que \mathrm{Sr} porque seu elétron de valência está em nível mais próximo do núcleo.
  • \mathrm{Rb} (grupo 1, período 5) tem configuração \mathrm{[Kr]}5s^1: só um elétron mais externo, muito afastado e pouco atraído pelo núcleo efetivo → I_1 bem baixo.
  • Entre \mathrm{Rb} e \mathrm{Sr} (mesmo período): \mathrm{Sr} (grupo 2, \mathrm{[Kr]}5s^2) tem maior Z_{\text{ef}} que \mathrm{Rb}, portanto I_1(\mathrm{Sr}) > I_1(\mathrm{Rb}).
  • Valores numéricos aproximados (para fixar a ideia; estes números vêm de tabelas experimentais): I_1(\mathrm{Rb}) \approx 403\\ \mathrm{kJ/mol}, I_1(\mathrm{Sr}) \approx 549\\ \mathrm{kJ/mol}, I_1(\mathrm{Ca}) \approx 590\\ \mathrm{kJ/mol}. Isso confirma a previsão pelas tendências: \mathrm{Ca} tem a maior energia de ionização entre os três.

Passo 6

Resumo final e interpretação intuitiva:
  • Maior raio: elemento mais abaixo ou mais à esquerda tende a ser maior. \mathrm{Rb} está abaixo e à esquerda dos outros dois → maior raio.
  • Maior energia de ionização: elemento mais acima e à direita tende a ter maior I_1. \mathrm{Ca} está acima (período 4) em relação a \mathrm{Sr} e é mais à direita que \mathrm{Rb} na sua linha de raciocínio → \mathrm{Ca} tem maior I_1.

Resposta

(a) \mathrm{Rb}
(b) \mathrm{Ca}

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