1. Compare e explique os seguintes valores de afinidade eletrônica:
    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}): \mathrm{Si}:\\\ -134
  • AE (kJ·mol^{-1}): \mathrm{P}:\\\ -74
  • AE (kJ·mol^{-1}): \mathrm{S}:\\\ -200
  • AE (kJ·mol^{-1}): \mathrm{Cl}:\\\ -348
A tarefa: justificar por que esses valores têm essa ordem e por que alguns elementos (por exemplo \mathrm{P}) 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
\mathrm{X(g)} + e^- \longrightarrow \mathrm{X^- (g)}.
  • Convenção de sinais aqui: um valor negativo de AE (por exemplo -134) 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:
    1. Raio atômico / distância do elétron adicionado ao núcleo: menor distância → maior atração → AE mais negativa.
    2. Carga nuclear efetiva Z_\text{ef}: maior Z_\text{ef} → maior atração → AE mais negativa.
    3. 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.
    4. 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):
  • \mathrm{Si}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}\,3p^{2}
  • \mathrm{P}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}\,3p^{3} (meio-cheio em 3p)
  • \mathrm{S}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}\,3p^{4}
  • \mathrm{Cl}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}\,3p^{5}
Quando se adiciona um elétron:
  • Para \mathrm{Si} o elétron vai para um orbital 3p ainda vazio (passando de 3p^{2} para 3p^{3}), portanto não exige pareamento imediato e há ganho razoável de energia.
  • Para \mathrm{P} o elétron precisa entrar num orbital 3p já ocupando-o (passando de 3p^{3} para 3p^{4}), ou seja, implica pareamento em um dos orbitais 3p — isso introduz energia de repulsão que reduz a energia liberada (AE menos negativa).
  • Para \mathrm{S} o elétron também implica pareamento (de 3p^{4} para 3p^{5}), mas o efeito da maior carga nuclear efetiva vs. \mathrm{P} compensa mais a energia de pareamento, resultando em AE mais negativa que em \mathrm{P}.
  • Para \mathrm{Cl} o elétron é fortemente atraído: adicioná-lo completa o subnível 3p (ficando com configuração de gás nobre 3p^{6} = argônio), e a combinação de maior Z_\text{ef}, 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:
  • \mathrm{P}:\\\ -74 é o menos negativo dos quatro. Por quê? Porque \mathrm{P} tem configuração 3p^{3} (meio-cheio), e o eletrón extra exige emparelhar um elétron num orbital 3p 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 \mathrm{Si}, a estabilidade do meio-cheio e a energia de emparelhamento tornam a captura menos favorável.
  • \mathrm{Si}:\\\ -134 é mais negativa que \mathrm{P} porque, em \mathrm{Si} ( 3p^{2}), o elétron adicional pode ocupar um orbital 3p vazio (nenhum emparelhamento imediato), então há um ganho de energia razoável ao ser atraído pelo núcleo. Porém \mathrm{Si} ainda tem raio maior e menor Z_\text{ef} que \mathrm{S} e \mathrm{Cl}, por isso sua AE não é tão negativa quanto a desses.
  • \mathrm{S}:\\\ -200 é mais negativa que \mathrm{Si} e muito mais que \mathrm{P}. Apesar de envolver pareamento (de 3p^{4} para 3p^{5}), \mathrm{S} tem maior carga nuclear efetiva e menor raio que \mathrm{Si} e \mathrm{P}, o que aumenta a atração do elétron extra, resultando em maior liberação de energia do que em \mathrm{P}.
  • \mathrm{Cl}:\\\ -348 é o mais negativo. Isso é esperado: adicionar um elétron a \mathrm{Cl} completa a camada 3p e forma o íon estável \mathrm{Cl^-} com configuração de gás nobre; além disso, \mathrm{Cl} tem alta Z_\text{ef} 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 \mathrm{P}) 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 \mathrm{P}.

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 \mathrm{P} é menos exotérmico.”

Resposta

\mathrm{Cl}:-348 > \mathrm{S}:-200 > \mathrm{Si}:-134 > \mathrm{P}:-74

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