Considere a energia de ionização em kcal^ mol^-1 fornecida na tabela abaixo, em seguida, responda as questões abaixo.
Elementos E1 E2 E3 E4
A 118,5 1.091 1.652 2.280
B 138,0 434,1 655,9 2.767
C 176,3 346,6 1.848 2.521
a) Explique por que a energia de ionização E2 é bem maior que E1 para o elemento A, enquanto que, para o elemento C a energia de ionização E3 é bem maior do que E2 e E1.
b) De acordo com os dados tabelados, identifique qual seria o maior e o menor íon dos elementos apresentados na tabela acima justificando a sua escolha.
c) Defina o que é carga nuclear efetiva e como ela influencia nas propriedades periódicas, tais como, raio atômico, energia de ionização e afinidade ao elétron.

Passo 1

Beleza, o enunciado é sobre energias de ionização (E₁, E₂, E₃, E₄) de três “elementos” A, B e C, medidos em kcal·mol⁻¹. A gente vai usar conceitos de:
  • Energia de ionização e porque às vezes dá um salto grande quando você passa de um elétron de valência para um elétron de “core”.
  • Configuração eletrônica simplificada (valência vs. elétrons internos).
  • Carga nuclear efetiva e isoeletronicidade de íons pra comparar tamanho de íons.
  • Definição de carga nuclear efetiva e sua influência em raio, EI e afinidade eletrônica.

Passo 2

Resolvendo a letra (a): por que em A E₂ ≫ E₁, mas em C quem salta é E₃ ≫ E₂ e E₁?
  1. Energia de ionização Eₙ é a energia que você gasta pra tirar o n-ésimo elétron.
  2. Quando você tira elétrons de valência, a energia é relativamente baixa. Mas se depois você começar a tirar elétrons que estavam num nível mais interno ou numa casca cheia, a energia dispara.
  3. No elemento A:
    • E₁ = 118,5 kcal/mol → você tira um elétron de valência.
    • E₂ = 1.091 kcal/mol → esse segundo elétron já vem de uma casca cheia (o “core”), então precisa de muuuita mais energia.
      Logo, E₂ ≫ E₁ porque o segundo elétron é um elétron interno, bem encaixado.
  4. No elemento C:
    • E₁ e E₂ são moderadas, pois você está removendo os dois elétrons de valência.
    • A partir do terceiro elétron (E₃ = 1.848 kcal/mol), você começa a raspar elétrons de core, que também formavam um subshell completo. Por isso E₃ dispara e fica bem maior que E₂ e E₁.

Passo 3

Resolvendo a letra (b): qual é o maior e o menor íon (carga positiva) e por quê?
  1. Cada elemento, ao formar seu cátion, perde todos os elétrons de valência até chegar num “core” estável. Assim:
    • A forma A⁺ (perde 1 elétron).
    • C forma C²⁺ (perde 2 elétrons).
    • B forma B³⁺ (perde 3 elétrons).
  2. Note que A⁺, C²⁺ e B³⁺ acabam tendo o mesmo número de elétrons (todos isoeletrônicos), mas cargas nucleares diferentes (mais prótons em B³⁺ que em A⁺).
  3. Íon maior ↔ menor atração núcleo-elétrons ↔ menor carga nuclear efetiva por elétron. Isso acontece em A⁺ (só perdeu 1 elétron, tem menos prótons segurando os elétrons restantes).
  4. Íon menor ↔ maior atração núcleo-elétrons ↔ maior carga nuclear efetiva por elétron. Isso acontece em B³⁺ (perdeu 3 elétrons, tem mais prótons “puxando” o mesmo número de elétrons isoeletrônicos).
Portanto:
  • Maior íon: A⁺
  • Menor íon: B³⁺

Passo 4

Resolvendo a letra ©: o que é carga nuclear efetiva e como ela afeta raio atômico, EI e afinidade eletrônica?
  1. Definição: carga nuclear efetiva Zrm eff = Z - S é a carga positiva “sentida” por um elétron, depois de descontar o efeito de blindagem (screening) dos outros elétrons. Em média: onde é o número de prótons e é o fator de blindagem causado pelos elétrons internos.
  2. Influência em propriedades periódicas:
    a) Raio atômico: quanto maior , mais forte o núcleo atrai os elétrons, menor o raio.
    b) Energia de ionização: maior → elétrons mais presos → maior energia para removê-los.
    c) Afinidade eletrônica: maior → núcleo atrai elétrons adicionais com mais força → afinidade eletrônica mais alta (mais negativa).

Resposta

a) Em A a segunda remoção já atinge elétron de “core”, exigindo bem mais energia (E₂ ≫ E₁). Em C os dois primeiros elétrons são de valência, mas o terceiro já é de core, então E₃ dispara sobre E₂ e E₁.
b) Todos os cátions resultantes (A⁺, C²⁺, B³⁺) são isoeletrônicos, e A⁺ tem a menor atração do núcleo (menor por elétron), logo é o maior; B³⁺ tem a maior atração (maior ), logo é o menor.
c) Carga nuclear efetiva ; quanto maior , menor o raio, maior a energia de ionização e maior (mais negativa) a afinidade eletrônica.

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