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.

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
\text{A(g)} + \text{energia} \longrightarrow \text{A}^+(\text{g}) + e^-.
  • 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 \,Z_{\rm eff}\,: é a carga positiva efetiva sentida por um elétron, resultado da carga nuclear Z diminuída pelo efeito de blindagem (shielding) dos outros elétrons. De modo qualitativo:
Z_{\rm eff} \approx Z - S,
onde S é uma medida da blindagem. Quanto maior Z_{\rm eff}, 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. 2p) são menos atraídos que elétrons em subníveis mais penetrantes ( 2s) 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 Z com blindagem quase constante, Z_{\rm eff} 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:
    1. A carga nuclear Z aumenta (mais prótons).
    2. A blindagem S não aumenta tanto para o elétron externo (mesma camada), então Z_{\rm eff} aumenta.
    3. O raio efetivo diminui e o elétron exterior fica ligado mais fortemente.
  • 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 1s^2\,2s^2. O elétron a remover é um 2s, relativamente bem penetrante.
    • Boro tem configuração 1s^2\,2s^2\,2p^1. O elétron removido em B é um 2p, que é menos penetrante e menos fortemente ligado que o 2s. Por isso a energia de ionização de B é menor que a de Be, apesar de B ter Z maior.
  • Oxigénio versus Nitrogénio (contexto, mesmo que N não seja pedido aqui):
    • Em N a configuração 2p tem três elétrons desemparelhados ( 2p^3), cada um em orbital distinto — menos repulsão. Em O ( 2p^4) há um emparelhamento no mesmo orbital, aumentando repulsão e tornando mais fácil remover um elétron. Logo I_1(\text{O}) < I_1(\text{N}). (Isto explica a pequena queda em O em relação a N; útil para interpretar por que O pode não seguir estritamente um aumento monotónico.)

Passo 6

Listagem dos valores tabelados das primeiras energias de ionização (valores em \text{eV}, casas significativas típicas).
  • Vou apresentar os valores padrão mais usados em química/física (tabelados). Os números seguintes são as primeiras energias de ionização:
    • Lítio, \text{Li}: I_1(\text{Li}) = 5,392\\ \text{eV}.
    • Berílio, \text{Be}: I_1(\text{Be}) = 9,323\\ \text{eV}.
    • Boro, \text{B}: I_1(\text{B}) = 8,298\\ \text{eV}.
    • Carbono, \text{C}: I_1(\text{C}) = 11,260\\ \text{eV}.
    • Oxigénio, \text{O}: I_1(\text{O}) = 13,618\\ \text{eV}.
    • Flúor, \text{F}: I_1(\text{F}) = 17,422\\ \text{eV}.
  • 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 \text{Li} ( 5,392) para \text{Be} ( 9,323) há um grande aumento: ocorre porque Be tem maior Z_{\rm eff} e o elétron removido é um 2s bem ligado.
    • De \text{Be} ( 9,323) para \text{B} ( 8,298) há uma queda: isso mostra a exceção explicada antes — B remove um elétron 2p menos ligado que o 2s de Be.
    • De \text{B} para \text{C} ( 11,260) há novo aumento: aumento de Z dentro do mesmo subnível 2p aumenta Z_{\rm eff}.
    • De \text{C} para \text{O} ( 13,618) aumento contínuo (com nuance se compararmos com N).
    • De \text{O} para \text{F} ( 17,422) grande aumento: F tem maior Z_{\rm eff} e forte atração sobre o elétron externo.
  • 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 2p 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 2s e 2p; (iii) mencionar emparelhamento se for necessário justificar O vs N.

Resposta

\displaystyle I_1(\text{Li}) = 5,392\\ \text{eV}
\displaystyle I_1(\text{Be}) = 9,323\\ \text{eV}
\displaystyle I_1(\text{B}) = 8,298\\ \text{eV}
\displaystyle I_1(\text{C}) = 11,260\\ \text{eV}
\displaystyle I_1(\text{O}) = 13,618\\ \text{eV}
\displaystyle I_1(\text{F}) = 17,422\\ \text{eV}
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 \,Z_{\rm eff}\, (mais prótons atraindo o mesmo nível eletrónico), o que prende os elétrons mais fortemente; exceções wynikam da estrutura de subníveis — por exemplo, \text{B} tem menor I_1 que \text{Be} porque em \text{B} remove-se um elétron 2p (menos penetrante) enquanto em \text{Be} remove-se um 2s (mais ligado).

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