Discorra sobre a variação dos raios covalentes dos elementos do grupo 4:
C
Si
Ge
Sn
Pb
Raio Covalente
0,77
1,17
1,22
1,40
1,46
C | Si | Ge | Sn | Pb | |
Raio Covalente
|
0,77 | 1,17 | 1,22 | 1,40 | 1,46 |
Passo 1
O enunciado pede para a gente “discutir a variação dos raios covalentes” dos elementos do grupo 4 (C, Si, Ge, Sn e Pb) cujos valores estão dados em Ångström.
Conteúdo: propriedades periódicas (raio atômico/covalente) e como elas mudam ao descer um grupo na Tabela Periódica.
O que vamos usar:
Conteúdo: propriedades periódicas (raio atômico/covalente) e como elas mudam ao descer um grupo na Tabela Periódica.
O que vamos usar:
- Definição de raio covalente
- Conceito de número quântico principal (camadas eletrônicas)
- Noção de carga nuclear efetiva (
) e blindagem de elétrons - Efeitos de contração por elétrons
e efeitos relativísticos em átomos pesados
Passo 2
Antes de tudo, o que é raio covalente?
Quando dois átomos iguais formam uma ligação covalente simples, a gente mede a distância entre os núcleos e divide por 2. Esse valor é o raio covalente. Em notação, se a distância núcleo-núcleo for , então
Quando dois átomos iguais formam uma ligação covalente simples, a gente mede a distância entre os núcleos e divide por 2. Esse valor é o raio covalente. Em notação, se a distância núcleo-núcleo for
É uma medida prática do “tamanho” que o átomo ocupa quando está ligado a outro igual.
Passo 3
Agora, por que esse raio muda dentro de um grupo?
- Conforme descemos no grupo, o número quântico principal
aumenta (C: , Si: , Ge: , Sn: , Pb: ). - Mais
significa mais camadas eletrônicas, logo elétrons “ficam mais longe” do núcleo, aumentando o raio.
Passo 4
Mas não é só “mais camadas = sempre muito maior”. Tem também o lance da carga nuclear efetiva,
, que é a atração real sentida por um elétron de valência:
onde
Passo 5
Entretanto, em elementos como Ge, Sn e Pb, entramos no território dos elétrons
(e até
em Pb). Esses elétrons ‘d’ fazem uma blindagem ruim, ou seja, mesmo tendo mais camadas, o núcleo continua “puxando” um pouco forte os elétrons de valência, o que reduz a expansão do raio esperada. Além disso, em Pb rolam efeitos relativísticos que contraem ainda mais as camadas internas.
Passo 6
Vamos comparar com os valores dados:
C (0,77 Å) → Si (1,17 Å) → Ge (1,22 Å) → Sn (1,40 Å) → Pb (1,46 Å).
C (0,77 Å) → Si (1,17 Å) → Ge (1,22 Å) → Sn (1,40 Å) → Pb (1,46 Å).
- De C a Si: bom aumento, pois pula
. - De Si a Ge: sobe bem pouco (1,17→1,22) por conta dos elétrons 3
mal blindando. - De Ge a Sn: volta a subir mais (1,22→1,40) porque pula pra camada
. - De Sn a Pb: sobe bem pouco (1,40→1,46) por causa dos elétrons 4
/5 e dos efeitos relativísticos que “contraem” Pb.
Resposta
O raio covalente aumenta, de modo geral, ao descer o grupo 4 (C→Pb) porque cada elemento ganha uma camada eletrônica extra, mas esse aumento não é linear. As subcamadas
(blindagem ruim) e os efeitos relativísticos em átomos pesados (Pb) suavizam a expansão do raio.