Qual elemento em cada um dos seguintes conjuntos possui a menor energia de ionização? Por que?
Potássio, cálcio e gálio
Potássio, cálcio e gálio
Passo 1
O que o problema pede: identificar qual dos elementos Potássio, Cálcio e Gálio possui a menor energia de ionização e explicar por quê.
Informações relevantes dadas (e que eu uso para resolver):
- Elementos:
(potássio), (cálcio) e (gálio). - Números atômicos (importantes para a explicação):
, , . - Configurações eletrônicas (vou usá-las explicitamente):
-
Passo 2
O que é energia de ionização e quais fatores a influenciam (aula rápida e prática).
- Definição: a energia de ionização é a energia mínima necessária para remover um elétron de um átomo isolado no estado gasoso, geralmente o primeiro elétron removido chama-se primeira energia de ionização.
- Fatores que controlam a primeira energia de ionização:
- Carga nuclear efetiva
: elétrons mais fortemente atraídos por um núcleo com maior exigem mais energia para serem removidos. Uma aproximação útil é onde é o número atômico e é a blindagem dos elétrons internos. - Distância média do elétron ao núcleo (raio atômico): quanto mais distante o elétron de valência, menos energia é necessária para removê-lo.
- Blindagem e repulsões eletrônicas: elétrons internos (e pobres de penetração) diminuem
; pares de elétrons em um mesmo orbital têm repulsão que pode facilitar saída de um elétron.
- Carga nuclear efetiva
- Tendências periódicas úteis (lembrete prático que se aplica sem precisar de tabela):
- Em um mesmo período (mesma camada principal), a energia de ionização tende a aumentar da esquerda para a direita (porque
aumenta e não aumenta tanto). - Em um mesmo grupo (descendo), a energia de ionização tende a diminuir (camadas adicionais aumentam a distância e a blindagem).
- Em um mesmo período (mesma camada principal), a energia de ionização tende a aumentar da esquerda para a direita (porque
Passo 3
Aplicando as tendências aos três elementos: observações imediatas.
- Todos os três elementos estão no mesmo período (período 4). Portanto, a tendência geral é que, à medida que se anda da esquerda para a direita nesse período, a energia de ionização aumenta.
- Entre elementos do mesmo período, aquele mais à esquerda tende a ter o elétron de valência mais fracamente ligado (maior raio efetivo, menor
percebido pelo elétron de valência).
Passo 4
Olha as configurações para ver qual elétron é removido — isso explica a força de ligação.
-
. O elétron removido é o único elétron : está relativamente afastado do núcleo e é pouco ligado. -
. Tem dois elétrons ; ao remover um elétron de o átomo ainda mantém uma configuração mais estável que tinha menos protegida, e o núcleo de tem prótons a mais ( maior), aumentando sobre os elétrons de valência. -
. O elétron removido geralmente é o (o elétron de valência mais externo). Em geral, ao mover da esquerda para a direita, o aumento de torna os elétrons mais difíceis de tirar — portanto elementos mais à direita tendem a ter maior energia de ionização que os da esquerda no mesmo período.
Passo 5
Concretizando a comparação entre os três:
- Comparando
com : tem mais prótons ( vs ) e elétrons de valência mais fortemente atraídos; logo é mais difícil tirar um elétron de do que de . Além disso, o elétron de é o único , mais afastado e fracamente ligado — isso tende a reduzir muito a energia de ionização de . - Comparando
com : está muito mais à direita ( ) e sua valência é um elétron ; a carga nuclear efetiva sentida por esse elétron é bem maior do que a sentida pelo elétron solitário do . Assim, remover o elétron de exige bem mais energia que remover o de . - Portanto, pela tendência do período e pela análise das configurações, o elétron de valência do
é o mais fracamente ligado dos três.
Passo 6
Verificação numérica rápida (opcional, só para confirmar a intuição — valores experimentais da primeira energia de ionização, em
):
Esses números confirmam a dedução:
tem a menor energia de ionização entre os três. (Não precisa decorar esses valores na prova se souber usar as tendências e as configurações — isso resolve a questão rapidamente.)
Passo 7
Resumo didático curto (para você decorar a técnica):
- Regra rápida: no mesmo período, o elemento mais à esquerda costuma ter a menor energia de ionização.
- Veja a configuração: elétron solitário em
(como em ) é sempre um sinal claro de baixa energia de ionização. - Se tiver dúvida entre dois próximos, compare
e o orbital do elétron a ser removido (maior e orbitais mais internos → maior energia de ionização).
Resposta
Potássio