a) Explicar o comportamento dos raios iônicos de átomos em uma série isoeletrônica. b) Ordenar os íons
e
em ordem decrescente de tamanho. Justificar respostas.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
a) Explicar o comportamento dos raios iônicos quando comparamos espécies que são isoeletrônicas.
b) Ordenar os íons ,
,
e
em ordem decrescente de tamanho e justificar a ordem.
a) Explicar o comportamento dos raios iônicos quando comparamos espécies que são isoeletrônicas.
b) Ordenar os íons
Dados relevantes fornecidos (e que vamos usar):
- Os íons a comparar são
, , e . - Cada um tem uma carga indicada.
- Não há figura nem outra tabela; usaremos os números atômicos padrão da Tabela Periódica quando necessário.
Passo 2
O que significa “isoeletrônico”?
- Isoeletrônico quer dizer que diferentes átomos/íons têm o mesmo número de elétrons. Ex.: todos os íons isoeletrônicos com o gás nobre argônio têm
elétrons.
Por que isso importa para o tamanho (raio) iônico? - O tamanho de um íon depende principalmente de duas coisas: a atração que o núcleo exerce sobre os elétrons (quanto maior a carga nuclear efetiva, mais “puxados” os elétrons ficam) e a repulsão entre elétrons (que tende a expandir a nuvem eletrônica).
- Em uma série isoeletrônica o número de elétrons e a sua distribuição eletrônica são os mesmos, então a diferença de tamanho vem essencialmente da força com que o núcleo atrai esses elétrons — ou seja, da carga nuclear efetiva.
Passo 3
Conceito de carga nuclear efetiva (no-jargão):
- Denotamos por
a carga nuclear (número atômico). Os elétrons internos “fazem sombra” (blindagem) e reduzem a atração sentida pelos elétrons externos; chamamos essa atração reduzida de carga nuclear efetiva, simbolicamente algo como , onde é a blindagem. - Em uma série isoeletrônica
é praticamente o mesmo para todas as espécies (porque a distribuição eletrônica é a mesma), então aumenta quando aumenta. Resultado prático: maior → maior atração → menores raios iônicos.
Passo 4
Aplicando isso aos íons dados: primeiro calculamos o número de elétrons de cada um (usando o número atômico
de cada elemento):
- Para
: , carga → elétrons . - Para
: , carga → elétrons . - Para
: , carga → elétrons . - Para
: , carga → elétrons .
Conclusão: todos têmelétrons — são isoeletrônicos (mesma configuração do gás nobre ).
Passo 5
Agora raciocinamos com base em
(maior
→ maior atração → menor raio):
- Valores de
para cada íon: ; ; ; . - Como o número de elétrons é o mesmo, o íon com menor
exerce menos atração sobre os elétrons e, portanto, tem maior raio; o íon com maior puxa os elétrons mais perto e tem menor raio.
Passo 6
Ordenação final por tamanho (decrescente) e justificativa curta e direta:
- O maior raio será de
(menor , menor atração efetiva sobre os elétrons). - Em seguida vem
(um próton a mais que , atrai os elétrons um pouco mais). - Depois vem
(ainda mais prótons, então raio menor). - O menor raio é
(maior entre os quatro, maior atração dos elétrons).
Observação didática: essa regra vale sempre que as espécies forem verdadeiramente isoeletrônicas; em medições reais o valor do raio numérico pode depender da coordenação/estado cristalino, mas a tendência qualitativa é essa.
Resposta
a) Em uma série isoeletrônica (mesmo número de elétrons) o raio iônico diminui quando aumenta a carga nuclear
: maior
implica maior carga nuclear efetiva, maior atração dos elétrons e, portanto, menor raio.
b)
b)