Quando um elétron é adicionado ao carbono no estado fundamental na fase gasosa, energia é liberada. Quando o mesmo acontece ao nitrogênio, energia é absorvida por este átomo. Explique essas informações.
Passo 1
O enunciado trata da afinidade eletrônica de átomos isolados na fase gasosa: ao adicionar um elétron em um átomo de carbono ocorre liberação de energia, enquanto em um átomo de nitrogênio ocorre absorção de energia. O conteúdo envolve configuração eletrônica, estabilidade de subníveis e repulsão entre elétrons.
Passo 2
Analisamos as configurações eletrônicas dos átomos no estado fundamental (fase gasosa):
– Carbono: .
– Nitrogênio: .
Em cada átomo, o subnível pode comportar até
elétrons distribuídos em três orbitais degenerados.
– Carbono:
– Nitrogênio:
Em cada átomo, o subnível
Passo 3
Afinidade eletrônica é a energia trocada quando um átomo gasoso no estado fundamental captura um elétron.
– Se o processo libera energia ( E<
), dizemos que a afinidade é positiva e exotérmica.
– Se o processo absorve energia ( E>
), a afinidade é negativa e endotérmica.
– Se o processo libera energia (
– Se o processo absorve energia (
Passo 4
No carbono (
) ao adicionar um elétron chega-se a
, isto é, três orbitais com um elétron cada—configuração meia-cheia do subnível
, que é particularmente estável graças ao menor repulsão interna e máxima degenerescência. Esse ganho de estabilidade faz o átomo liberar energia.
Passo 5
No nitrogênio (
), o subnível
já está meio-cheio, com um elétron em cada orbital. Ao adicionar mais um elétron, este terá de emparelhar-se num dos orbitais já ocupados, aumentando fortemente a repulsão entre os dois elétrons no mesmo orbital. Esse custo energético supera a estabilização extra, resultando em absorção líquida de energia.
Resposta
A diferença se explica pela estabilidade extra de uma configuração meia-cheia em
. No carbono, formar
é exotérmico e libera energia; no nitrogênio, ao fazer
há emparelhamento e repulsão maior, tornando o processo endotérmico (absorção de energia).