Considere as seguintes espécies químicas.
\mathrm{N}^{3-}, \mathrm{O}^{2-}, \mathrm{F}^{-}, \mathrm{Ne}, \mathrm{Na}^{+}, \mathrm{Mg}^{2+}, \mathrm{Al}^{3+}
A respeito da estrutura atômica e das propriedades dessas espécies, são feitas as seguintes afirmações.
I - As espécies são isoeletrônicas, ou seja, todas apresentam dez elétrons.
II - O gás nobre é a espécie que apresenta o maior potencial de ionização.
III - A espécie \mathrm{N}^{3-} apresenta o maior raio atômico.
IV - A espécie \mathrm{Al}^{3+} apresenta o menor raio atômico. Quais estão corretas?
a) Apenas II.
b) Apenas I e II.
c) Apenas III e IV.
d) Apenas I, II e IV.
e) Apenas I, III e IV.

Passo 1

O enunciado fornece as espécies
\mathrm{N}^{3-},\\ \mathrm{O}^{2-},\\ \mathrm{F}^{-},\\ \mathrm{Ne},\\ \mathrm{Na}^{+},\\ \mathrm{Mg}^{2+},\\ \mathrm{Al}^{3+}
e faz as afirmações I a IV:
I - As espécies são isoeletrônicas, ou seja, todas apresentam dez elétrons.
II - O gás nobre é a espécie que apresenta o maior potencial de ionização.
III - A espécie \mathrm{N}^{3-} apresenta o maior raio atômico.
IV - A espécie \mathrm{Al}^{3+} apresenta o menor raio atômico.
A pergunta é: quais dessas afirmações são corretas? As alternativas possíveis vão de (a) a (e).

Passo 2

Contar o número de elétrons de cada espécie (regra: número de elétrons = número atômico \pm carga):
  • Para \mathrm{N}^{3-}: o nitrogênio tem número atômico Z=7. Elétrons =7+3=10.
  • Para \mathrm{O}^{2-}: Z=8. Elétrons =8+2=10.
  • Para \mathrm{F}^{-}: Z=9. Elétrons =9+1=10.
  • Para \mathrm{Ne}: Z=10. Elétrons =10.
  • Para \mathrm{Na}^{+}: Z=11. Elétrons =11-1=10.
  • Para \mathrm{Mg}^{2+}: Z=12. Elétrons =12-2=10.
  • Para \mathrm{Al}^{3+}: Z=13. Elétrons =13-3=10.
Todos têm 10 elétrons. Portanto a afirmação I é verdadeira.

Passo 3

Explicando o conceito de “isoeletrônico” (mini-aula):
“Isoeletrônico” significa que diferentes átomos/íons têm o mesmo número de elétrons, ou seja, a mesma configuração eletrônica. Aqui, todas as espécies têm a configuração eletrônica do Neônio: \,1s^2\,2s^2\,2p^6. Isso não implica que as propriedades sejam idênticas — o que muda é a carga nuclear Z efetiva que os elétrons “sentem”. Quanto maior o número de prótons no núcleo (maior Z), maior será a atração sobre os mesmos elétrons.

Passo 4

Tendência dos raios na série isoeletrônica (mini-aula + aplicação):
Em uma série isoeletrônica, todos têm o mesmo número de elétrons, então o fator decisivo é a carga nuclear Z. Elétrons iguais + núcleo mais positivo \Rightarrow atração mais forte \Rightarrow elétrons mais próximos do núcleo \Rightarrow menor raio. Assim, quando Z aumenta, o raio diminui.
Listando os números atômicos Z relevantes:
\begin{aligned} \mathrm{N}^{3-}:&\\ Z=7,\\\ \mathrm{O}^{2-}:&\\ Z=8,\\\ \mathrm{F}^{-}:&\\ Z=9,\\\ \mathrm{Ne}:&\\ Z=10,\\\ \mathrm{Na}^{+}:&\\ Z=11,\\\ \mathrm{Mg}^{2+}:&\\ Z=12,\\\ \mathrm{Al}^{3+}:&\\ Z=13. \end{aligned}
Portanto a ordem de raios (do maior para o menor) será
\mathrm{N}^{3-}>\mathrm{O}^{2-}>\mathrm{F}^{-}>\mathrm{Ne}>\mathrm{Na}^{+}>\mathrm{Mg}^{2+}>\mathrm{Al}^{3+}.
Assim, \mathrm{N}^{3-} tem o maior raio e \mathrm{Al}^{3+} tem o menor raio entre essas espécies. Logo as afirmações III e IV são verdadeiras.

Passo 5

Tendência do potencial de ionização (mini-aula + aplicação):
O potencial de ionização (energia de ionização) é a energia necessária para remover um elétron de uma espécie no estado gasoso. Em termos qualitativos, quanto maior a atração entre elétrons e núcleo (maior carga nuclear efetiva), mais difícil é arrancar um elétron -> maior energia de ionização.
Na mesma série isoeletrônica, o ionização aumenta com Z. Aqui o maior Z é de \mathrm{Al}^{3+} ( Z=13), portanto a espécie com maior potencial de ionização entre as listadas será \mathrm{Al}^{3+}, não o gás nobre \mathrm{Ne}. Assim a afirmação II é falsa.
Observação intuitiva: remover um elétron de \mathrm{Al}^{3+} (íon positivo muito carregado) exige muito mais energia do que remover de \mathrm{Ne} neutro, porque os elétrons estão muito mais fortemente ligados ao núcleo em \mathrm{Al}^{3+}.

Passo 6

Resumo das verdades:
  • I: verdadeira (todos têm 10 elétrons).
  • II: falsa (maior energia de ionização é de \mathrm{Al}^{3+}, não de \mathrm{Ne}).
  • III: verdadeira ( \mathrm{N}^{3-} tem o maior raio).
  • IV: verdadeira ( \mathrm{Al}^{3+} tem o menor raio).
Portanto as afirmações corretas são I, III e IV.

Resposta

e) Apenas I, III e IV.

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