- Compare e explique os seguintes valores de afinidade eletrônica:
AE (KJ.mol-¹): Si: -134
P: -74
S: -200
CI: -348
AE (KJ.mol-¹): Si: -134
P: -74
S: -200
CI: -348
Passo 1
O enunciado pede que eu compare e explique os valores de afinidade eletrônica (AE) dados para quatro elementos. Os dados fornecidos são (peguei estes números do enunciado):
- AE (kJ·mol^{-1}):
- AE (kJ·mol^{-1}):
- AE (kJ·mol^{-1}):
- AE (kJ·mol^{-1}):
A tarefa: justificar por que esses valores têm essa ordem e por que alguns elementos (por exemplo
) apresentam AE menos exotérmica (menos negativa) que vizinhos.
Passo 2
O que é afinidade eletrônica e como interpretar o sinal:
- Afinidade eletrônica é a variação de energia elétrica associada à adição de um elétron a um átomo isolado no estado gasoso, segundo a reação
- Convenção de sinais aqui: um valor negativo de AE (por exemplo
) significa que a captura do elétron libera energia (processo exotérmico). Quanto mais negativo, mais energia é liberada e maior é a tendência do átomo de aceitar um elétron.
Passo 3
Tendência periódica geral e factores relevantes (aula rápida e direta):
- Tendência geral ao longo de um período (da esquerda para a direita): a AE tende a ficar mais negativa (maior liberação de energia). Isso ocorre porque o aumento da carga nuclear efetiva atrai melhor o elétron adicional.
- Fatores que determinam o valor num elemento específico:
- Raio atômico / distância do elétron adicionado ao núcleo: menor distância → maior atração → AE mais negativa.
- Carga nuclear efetiva
: maior → maior atração → AE mais negativa. - Repulsões elétron-elétron e energia de pareamento (pairing energy): se o elétron extra tem que entrar num orbital já ocupado (emparelhar), a repulsão reduz a energia liberada; isso torna a AE menos negativa.
- Estabilidade de configurações especiais: configurações vazias, meio-cheias ou cheias de subníveis têm estabilidade extra e podem causar exceções à tendência simples.
Passo 4
Esquema eletrônico dos elementos (importante para ver se o elétron entra em orbital vazio ou emparelha):
-
-
(meio-cheio em ) -
-
Quando se adiciona um elétron:
- Para
o elétron vai para um orbital ainda vazio (passando de para ), portanto não exige pareamento imediato e há ganho razoável de energia. - Para
o elétron precisa entrar num orbital já ocupando-o (passando de para ), ou seja, implica pareamento em um dos orbitais — isso introduz energia de repulsão que reduz a energia liberada (AE menos negativa). - Para
o elétron também implica pareamento (de para ), mas o efeito da maior carga nuclear efetiva vs. compensa mais a energia de pareamento, resultando em AE mais negativa que em . - Para
o elétron é fortemente atraído: adicioná-lo completa o subnível (ficando com configuração de gás nobre = argônio), e a combinação de maior , menor raio e ganho estabilizante por alcançar configuração de gás nobre torna a AE muito negativa.
Passo 5
Explicação ponto a ponto relacionando aos números dados:
-
é o menos negativo dos quatro. Por quê? Porque tem configuração (meio-cheio), e o eletrón extra exige emparelhar um elétron num orbital já ocupado. A energia de pareamento (repulsão entre dois elétrons no mesmo orbital) reduz fortemente a energia liberada, fazendo a AE menos exotérmica. Assim, embora a tendência periódica queira AE mais negativa que em , a estabilidade do meio-cheio e a energia de emparelhamento tornam a captura menos favorável. -
é mais negativa que porque, em ( ), o elétron adicional pode ocupar um orbital vazio (nenhum emparelhamento imediato), então há um ganho de energia razoável ao ser atraído pelo núcleo. Porém ainda tem raio maior e menor que e , por isso sua AE não é tão negativa quanto a desses. -
é mais negativa que e muito mais que . Apesar de envolver pareamento (de para ), tem maior carga nuclear efetiva e menor raio que e , o que aumenta a atração do elétron extra, resultando em maior liberação de energia do que em . -
é o mais negativo. Isso é esperado: adicionar um elétron a completa a camada e forma o íon estável com configuração de gás nobre; além disso, tem alta e pequeno raio entre esses elementos, então a atração sobre o elétron extra é muito forte — daí o valor fortemente negativo.
Passo 6
Resumo físico-intuitivo (resumão amigo para lembrar na prova):
- Mais negativo → átomo “gosta” muito de ganhar elétron. Cl é o campeão aqui porque ganha um elétron e fica com configuração de gás nobre.
- Exceção importante: elementos com subnível meio-cheio (como
) têm AE menos negativa por causa da energia de pareamento necessária para adicionar o elétron. - Então a ordem observada vem da competição entre atração nuclear (tendência de aumentar a exotericidade atravessando o período) e a repulsão/energia de emparelhamento que reduz essa exotericidade em casos como
.
Passo 7
Pequeno reforço com uma frase de memória:
- “A tendência geral é AE mais negativa da esquerda para a direita; mas meio‑cheio (p^3) provoca exceção porque emparelhar dói — por isso
é menos exotérmico.”