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 Z 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 \,Z_{\mathrm{eff}} = Z - S\,, onde S é o somatório de blindagem (shielding) pelos outros elétrons. Aumentar o número de elétrons sem aumentar Z reduz \,Z_{\mathrm{eff}} por elétron e tende a aumentar o raio; diminuir elétrons tende a aumentar \,Z_{\mathrm{eff}} médio por elétron e a reduzir o raio.

Passo 3

Modelo 1 — Sódio ( \mathrm{Na}): configuração eletrônica e formação do cátion.
  • Configuração eletrônica do átomo de sódio neutro: \mathrm{Na}:\;1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1.Aqui a camada de valência é a terceira, com um único elétron \,3s^1.
  • Por que o sódio forma \mathrm{Na}^+?
    • Perder o elétron \,3s^1 deixa a configuração \mathrm{Na}^+:\;1s^2\,2s^2\,2p^6,que é exatamente a configuração do gás nobre neônio ( \mathrm{Ne}). Isso dá grande estabilidade eletrônica (regra do octeto).
    • A perda de elétron precisa da energia chamada primeira energia de ionização ( I_1). Para o sódio I_1 é relativamente baixa (por isso é fácil para \mathrm{Na} perder esse elétron em reações).
  • O que ocorre com o raio quando \mathrm{Na} vira \mathrm{Na}^+?
    • Ao perder o elétron mais externo, o cátion resultante tem uma camada eletrônica a menos (a camada n=3 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): r(\mathrm{Na})\approx 186\\ \mathrm{pm},\qquad r(\mathrm{Na}^+)\approx 102\\ \mathrm{pm}.
    • Interpretação simples: perder uma camada eletrônica e reduzir repulsões eletrônicas faz o tamanho encolher.

Passo 4

Modelo 2 — Cloro ( \mathrm{Cl}): configuração eletrônica e formação do ânion.
  • Configuração eletrônica do átomo de cloro neutro: \mathrm{Cl}:\;1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5.Aqui a camada de valência n=3 tem sete elétrons ( 3s^2\,3p^5); falta um elétron para completar o octeto.
  • Por que o cloro forma \mathrm{Cl}^-?
    • Ao ganhar um elétron, a configuração passa a \mathrm{Cl}^-:\;1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6,que é a configuração do gás nobre argônio ( \mathrm{Ar}), muito estável.
    • A energia liberada quando o cloro aceita um elétron é chamada afinidade eletrônica. Para \mathrm{Cl} essa energia é relativamente alta (tende a favorecer a captura de um elétron).
  • O que ocorre com o raio quando \mathrm{Cl} vira \mathrm{Cl}^-?
    • Ao ganhar um elétron, há mais repulsão entre elétrons na mesma camada e a carga nuclear não aumenta ( Z é a mesma). Assim a atração efetiva por elétron diminui ( Z_{\mathrm{eff}} por elétron cai), e os elétrons ocupam um volume maior.
    • Consequência prática: o raio aumenta. Valores típicos: r(\mathrm{Cl})\approx 99\\ \mathrm{pm},\qquad r(\mathrm{Cl}^-)\approx 181\\ \mathrm{pm}.
    • Interpretação: ganhar elétron aumenta repulsões e “incha” a nuvem eletrônica.

Passo 5

Comparação direta e regra prática para a prova (como reconhecer e prever):
  • Metais (ex.: \mathrm{Na}, \mathrm{Mg}, \mathrm{Al}) 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.: \mathrm{Cl}, \mathrm{O}, \mathrm{S}) 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 \mathrm{Na} perde e \mathrm{Cl} ganha em conjunto (por exemplo formando \mathrm{NaCl}):
    • Primeira energia de ionização de \mathrm{Na}: I_1(\mathrm{Na})\approx 496\\ \mathrm{kJ/mol} (energia necessária para tirar um elétron isoladamente).
    • Afinidade eletrônica de \mathrm{Cl}: \mathrm{EA}(\mathrm{Cl})\approx -349\\ \mathrm{kJ/mol} (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.
  • 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 1 elétron → forma +1.
    • Grupo 17 → ganha 1 elétron → forma -1.
  • 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: \mathrm{Na}\to\mathrm{Na}^+ (perde o elétron 3s^1); o raio diminui muito — por exemplo r(\mathrm{Na})\approx186\\ \mathrm{pm} para r(\mathrm{Na}^+)\approx102\\ \mathrm{pm}.
Cloro: \mathrm{Cl}\to\mathrm{Cl}^- (ganha um elétron para completar 3p^6); o raio aumenta — por exemplo r(\mathrm{Cl})\approx99\\ \mathrm{pm} para r(\mathrm{Cl}^-)\approx181\\ \mathrm{pm}.

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