Escolha dois elementos químicos e os use como modelos para explicar a formação de íons. Comente sobre o que acontece com o raio do átomo quando o mesmo se torna um íon.
Passo 1
O enunciado pede que eu escolha dois elementos químicos e os use como modelos para:
- explicar, passo a passo, como ocorre a formação de íons a partir desses átomos;
- comentar o que acontece com o raio atômico quando o átomo se transforma em íon.
Informações que vou usar (decididas por mim para atender ao pedido):
- Vou usar como modelos os elementos sódio (Na) e cloro (Cl).
- Vou usar configurações eletrônicas, conceitos de elétron de valência, regra do octeto, energia envolvida (ionização / afinidade eletrônica) e efeito no raio atômico.
Passo 2
Entendendo o básico (átomos, elétrons de valência e por que formam íons) — aula rápida e direta.
- Átomo: núcleo com prótons (carga positiva) e elétrons ao redor (carga negativa). O número atômico
é o número de prótons e, num átomo neutro, também o número de elétrons. - Elétrons de valência: são aqueles na camada mais externa; são os que participam de reações e da formação de íons.
- Objetivo energético: muitos átomos ganham estabilidade aproximando-se de uma configuração eletrônica do gás nobre mais próximo (regra do octeto para muitos casos): ter a camada externa completa (normalmente 8 elétrons para elementos do bloco p).
- Formação de íons:
- Catiões (carga positiva) formam-se quando um átomo perde elétrons. Perder elétrons custa energia (energia de ionização), mas pode ser favorecido em conjunto com outros ganhos energéticos (por exemplo, formação de ligações iônicas e energia reticular).
- ânions (carga negativa) formam-se quando um átomo ganha elétrons. Ganhar um elétron pode liberar energia (afinidade eletrônica) — dependendo do elemento essa energia é maior ou menor.
- Conceito útil: carga nuclear efetiva
, onde é o somatório de blindagem (shielding) pelos outros elétrons. Aumentar o número de elétrons sem aumentar reduz por elétron e tende a aumentar o raio; diminuir elétrons tende a aumentar médio por elétron e a reduzir o raio.
Passo 3
Modelo 1 — Sódio (
): configuração eletrônica e formação do cátion.
- Configuração eletrônica do átomo de sódio neutro:
Aqui a camada de valência é a terceira, com um único elétron . - Por que o sódio forma
? - Perder o elétron
deixa a configuração que é exatamente a configuração do gás nobre neônio ( ). Isso dá grande estabilidade eletrônica (regra do octeto). - A perda de elétron precisa da energia chamada primeira energia de ionização (
). Para o sódio é relativamente baixa (por isso é fácil para perder esse elétron em reações).
- Perder o elétron
- O que ocorre com o raio quando
vira ? - Ao perder o elétron mais externo, o cátion resultante tem uma camada eletrônica a menos (a camada
desaparece como camada externa ocupada), e os elétrons restantes “sentem” uma atração nuclear média maior por elétron. - Consequência prática: o raio diminui bastante. Valores típicos (ordens de grandeza, dependentes da definição de raio e coordenação):
- Interpretação simples: perder uma camada eletrônica e reduzir repulsões eletrônicas faz o tamanho encolher.
- Ao perder o elétron mais externo, o cátion resultante tem uma camada eletrônica a menos (a camada
Passo 4
Modelo 2 — Cloro (
): configuração eletrônica e formação do ânion.
- Configuração eletrônica do átomo de cloro neutro:
Aqui a camada de valência tem sete elétrons ( ); falta um elétron para completar o octeto. - Por que o cloro forma
? - Ao ganhar um elétron, a configuração passa a
que é a configuração do gás nobre argônio ( ), muito estável. - A energia liberada quando o cloro aceita um elétron é chamada afinidade eletrônica. Para
essa energia é relativamente alta (tende a favorecer a captura de um elétron).
- Ao ganhar um elétron, a configuração passa a
- O que ocorre com o raio quando
vira ? - Ao ganhar um elétron, há mais repulsão entre elétrons na mesma camada e a carga nuclear não aumenta (
é a mesma). Assim a atração efetiva por elétron diminui ( por elétron cai), e os elétrons ocupam um volume maior. - Consequência prática: o raio aumenta. Valores típicos:
- Interpretação: ganhar elétron aumenta repulsões e “incha” a nuvem eletrônica.
- Ao ganhar um elétron, há mais repulsão entre elétrons na mesma camada e a carga nuclear não aumenta (
Passo 5
Comparação direta e regra prática para a prova (como reconhecer e prever):
- Metais (ex.:
, , ) tendem a perder elétrons e formar catiões; o número de elétrons perdidos costuma igualar a diferença até o gás nobre mais próximo à esquerda. - Não-metais (ex.:
, , ) tendem a ganhar elétrons e formar ânions; o número de elétrons ganhos costuma igualar o que falta para atingir o gás nobre mais próximo à direita. - Efeito no raio:
- Cátions: raio menor que o átomo neutro correspondente (às vezes muito menor se uma camada inteira é removida).
- Ânions: raio maior que o átomo neutro correspondente (devido ao aumento de repulsões eletrônicas).
- Dica rápida para a prova: escreva a configuração eletrônica do átomo neutro, veja quantos elétrons faltam ou sobram para a configuração de gás nobre, e descreva a mudança de raio usando o argumento de redução/aumento de repulsão e mudança no número de camadas.
Passo 6
Pequeno reforço conceitual com números de energia (opcional mas útil para compreensão)
- Para entender por que
perde e ganha em conjunto (por exemplo formando ): - Primeira energia de ionização de
: (energia necessária para tirar um elétron isoladamente). - Afinidade eletrônica de
: (energia liberada quando um elétron é adicionado). - Isoladamente pode parecer desfavorável, mas na formação de um sólido iônico há grande liberação de energia reticular que torna o processo global favorável.
- Primeira energia de ionização de
- Não precisa decorar esses números para toda prova, mas compreender que perder/gain envolve energia ajuda a justificar por que determinados íons se formam.
Passo 7
Resumo prático e motivacional (para você decorar e usar na prova)
- Para prever o íon: olhe para a coluna da tabela periódica.
- Grupo 1 → perde
elétron → forma . - Grupo 17 → ganha
elétron → forma .
- Grupo 1 → perde
- Para prever a variação do raio:
- Se o átomo perde elétrons (forma cátion) → raio diminui.
- Se o átomo ganha elétrons (forma ânion) → raio aumenta.
- Frase-mnemônica: “Perde elétron = aperta; ganha elétron = incha.”
Resposta
Sódio:
(perde o elétron
); o raio diminui muito — por exemplo
para
.
Cloro:
(ganha um elétron para completar
); o raio aumenta — por exemplo
para
.