Encontre os valores das primeiras energias de ionização dos seguintes elementos: Li, Be, B, C, O, F, responda:
a) Qual é a tendência observada? Explique-a.
a) Qual é a tendência observada? Explique-a.
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Calcular (ou melhor: listar) as primeiras energias de ionização dos elementos: Lítio, Berílio, Boro, Carbono, Oxigénio e Flúor (elementos da segunda série/período).
- Responder a letra (a): explicar qual é a tendência observada e explicar o porquê.
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
- A lista dos elementos: Li, Be, B, C, O, F.
- Não foram fornecidos valores numéricos no enunciado, então usarei os valores tabelados das primeiras energias de ionização (valores padrão conhecidos).
Passo 2
O que é a primeira energia de ionização (definição clara e útil para a prova).
- A primeira energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo isolado no estado gasoso e no seu estado fundamental, produzindo um íon com carga positiva unitária.
- A reação química correspondente é
- Em palavras simples: é “quanta energia é preciso dar para arrancar o elétron mais frouxo” de um átomo.
Passo 3
Fatores que determinam a primeira energia de ionização (a teoria que precisa saber na prova).
- Carga nuclear efetiva
: é a carga positiva efetiva sentida por um elétron, resultado da carga nuclear diminuída pelo efeito de blindagem (shielding) dos outros elétrons. De modo qualitativo:
onde
é uma medida da blindagem. Quanto maior
, mais fortemente o elétron é atraído e maior é a energia de ionização.
- Raio atômico: elétrons mais próximos do núcleo sentem maior atração → maior energia de ionização. Geralmente, menor raio → maior energia de ionização.
- Configuração eletrônica e subníveis: elétrons em subníveis menos penetrantes (por ex.
) são menos atraídos que elétrons em subníveis mais penetrantes ( ) da mesma camada; emparelhamento de elétrons no mesmo orbital aumenta repulsão eletrônica e pode diminuir a energia de ionização. - Resumo prático: para um mesmo período, ao aumentar
com blindagem quase constante, aumenta → tendência de aumento da energia de ionização. Mas detalhes de subníveis geram pequenas exceções.
Passo 4
Tendência periódica esperada (regra geral a decorar e entender).
- Ao percorrer um período da esquerda para a direita (mesma camada eletrónica), a primeira energia de ionização costuma aumentar porque:
- A carga nuclear
aumenta (mais prótons). - A blindagem
não aumenta tanto para o elétron externo (mesma camada), então aumenta. - O raio efetivo diminui e o elétron exterior fica ligado mais fortemente.
- A carga nuclear
- Portanto regra prática: da esquerda para a direita no mesmo período → energia de ionização aumenta, com pequenas exceções ligadas a subníveis e emparelhamento.
Passo 5
Exceções importantes e por que ocorrem (tem que saber isto para explicar certas quedas).
- Boro versus Berílio:
- Berílio tem configuração
. O elétron a remover é um , relativamente bem penetrante. - Boro tem configuração
. O elétron removido em B é um , que é menos penetrante e menos fortemente ligado que o . Por isso a energia de ionização de B é menor que a de Be, apesar de B ter maior.
- Berílio tem configuração
- Oxigénio versus Nitrogénio (contexto, mesmo que N não seja pedido aqui):
- Em N a configuração
tem três elétrons desemparelhados ( ), cada um em orbital distinto — menos repulsão. Em O ( ) há um emparelhamento no mesmo orbital, aumentando repulsão e tornando mais fácil remover um elétron. Logo . (Isto explica a pequena queda em O em relação a N; útil para interpretar por que O pode não seguir estritamente um aumento monotónico.)
- Em N a configuração
Passo 6
Listagem dos valores tabelados das primeiras energias de ionização (valores em
, casas significativas típicas).
- Vou apresentar os valores padrão mais usados em química/física (tabelados). Os números seguintes são as primeiras energias de ionização:
- Lítio,
: . - Berílio,
: . - Boro,
: . - Carbono,
: . - Oxigénio,
: . - Flúor,
: .
- Lítio,
- Observação: esses valores são os aceites em tabelas experimentais padronizadas; em provas normalmente basta saber a ordem e as razões físicas, mas aqui coloquei os números se quiser decorar ou comparar.
Passo 7
Interpretação dos números dada a teoria (ligando dados às razões físicas, passo a passo).
- Comparando os valores:
- De
( ) para ( ) há um grande aumento: ocorre porque Be tem maior e o elétron removido é um bem ligado. - De
( ) para ( ) há uma queda: isso mostra a exceção explicada antes — B remove um elétron menos ligado que o de Be. - De
para ( ) há novo aumento: aumento de dentro do mesmo subnível aumenta . - De
para ( ) aumento contínuo (com nuance se compararmos com N). - De
para ( ) grande aumento: F tem maior e forte atração sobre o elétron externo.
- De
- Regra prática para a prova: diga que, para o período 2, o padrão geral é aumento da energia de ionização da esquerda para a direita, com a notável queda em B em relação a Be (subnível
começa) e a pequena anomalia envolvendo O vs N devido a emparelhamento.
Passo 8
Dica rápida de como responder na prova (frase curta, direta e convincente).
- Liste os valores (ou a ordem) e explique usando: (i) aumento da carga nuclear efetiva ao longo do período → aumento geral; (ii) exceção em B devido à diferença entre os subníveis
e ; (iii) mencionar emparelhamento se for necessário justificar O vs N.
Resposta
Tendência observada (a): em geral a primeira energia de ionização aumenta ao longo do período da esquerda para a direita devido ao aumento da carga nuclear efetiva
(mais prótons atraindo o mesmo nível eletrónico), o que prende os elétrons mais fortemente; exceções wynikam da estrutura de subníveis — por exemplo,
tem menor
que
porque em
remove-se um elétron
(menos penetrante) enquanto em
remove-se um
(mais ligado).