Explique por que a afinidade eletrônica, em geral, se torna mais negativa ao longo de um período da tabela periódica. Mostre como a blindagem eletrônica e a carga nuclear efetiva influenciam esse comportamento.

Passo 1

O que o enunciado pede: explicar por que a afinidade eletrônica, em geral, se torna mais negativa ao longo de um período da tabela periódica e mostrar como a blindagem eletrônica e a carga nuclear efetiva influenciam esse comportamento.
Informações relevantes (fatos que vamos usar):
  • Ao percorrer um período da esquerda para a direita, o número atômico Z aumenta de um elemento para o próximo (adiciona‑se um próton ao núcleo).
  • Os elétrons que vão sendo adicionados pertencem, em geral, à mesma camada principal (mesmo número quântico principal n).
  • Precisamos relacionar essas mudanças com a blindagem (shielding) e com a carga nuclear efetiva \mathrm{Z_{eff}}.

Passo 2

Definição clara de afinidade eletrônica e convenção de sinais que vou usar (importantíssimo para não confundir):
  • Considere o processo de captura de um elétron por um átomo isolado no gás:
\mathrm{A} + e^- \longrightarrow \mathrm{A}^-.
  • Defino a afinidade eletrônica como a variação de energia
\Delta E = E(\mathrm{A}^-) - E(\mathrm{A}).
Com essa convenção, se a reação libera energia a variação \Delta E é negativa; portanto, dizer que a afinidade eletrônica “se torna mais negativa” significa que o átomo libera mais energia ao capturar um elétron (o anião fica mais ligado, energeticamente).

Passo 3

O que é blindagem (shielding) e carga nuclear efetiva:
  • A blindagem é o efeito dos elétrons internos que reduzem a atração efetiva que o núcleo (carga +Z) exerce sobre um elétron de valência ou sobre um elétron que está sendo adicionado.
  • A carga nuclear efetiva é uma maneira simples de quantificar isso:
\mathrm{Z_{eff}} = Z - S,
onde S é a constante de blindagem (shielding constant). S representa a parcela da carga nuclear que é “mascarada” pelos outros elétrons.
  • Regras qualitativas importantes sobre S:
    • Elétrons de camadas internas (menor n) fazem uma blindagem forte: cada elétron interno contribui quase 1,0 para S.
    • Elétrons na mesma camada (mesmo n) blindam menos, porque têm penetração e ocupam regiões do espaço semelhantes (contribuição menor, típica de \sim 0{,}35 segundo regras empíricas de Slater).
    • Assim, ao mover-se ao longo de um período, o número de elétrons internos permanece praticamente o mesmo, enquanto Z aumenta.

Passo 4

Aplicando isso numericamente (exemplo ilustrativo com regras simples tipo Slater) para ver a tendência de \mathrm{Z_{eff}}:
  • Exemplo 1: só para ilustrar, para o átomo de sódio \mathrm{Na} ( Z=11), o elétron de valência está em 3s. Os 10 elétrons internos contribuem com cerca de 10 para S, então
\mathrm{Z_{eff}}(\mathrm{Na}) \approx 11 - 10 = 1.
  • Exemplo 2: para cloro \mathrm{Cl} ( Z=17), um elétron de valência está em 3p. Estimando S com a ideia: elétrons das camadas internas somam \approx 10 e elétrons na mesma camada (outros 3s/3p) contribuem com uma fração (por exemplo \approx 0{,}35 cada). Isso dá algo como
S \approx 10 + 1{,}75 = 11{,}75, \qquad \mathrm{Z_{eff}}(\mathrm{Cl}) \approx 17 - 11{,}75 = 5{,}25.
  • Conclusão desses exemplos: ao ir de \mathrm{Na} a \mathrm{Cl} no mesmo período, \mathrm{Z_{eff}} aumenta de forma significativa porque Z cresce enquanto S só cresce pouco (os elétrons adicionados estão na mesma camada e blindam pouco).

Passo 5

Conexão entre \mathrm{Z_{eff}} maior e afinidade eletrônica mais negativa (razão física):
  • Energia de atração coulombiana aproximada entre o núcleo efetivo e um elétron a uma distância média r pode ser escrita qualitativamente como
U(r) \sim -\frac{\mathrm{Z_{eff}}\,e^2}{4\pi\epsilon_0\,r}.
  • Se \mathrm{Z_{eff}} aumenta (más carga efetiva positiva sentida pelo elétron) e se a distância média r do elétron a acrescentar não aumenta muito (mesma camada principal n ou ligeira diminuição do raio ao atravessar o período), o valor de U(r) torna‑se mais negativo: o elétron fica mais fortemente ligado.
  • Portanto, a energia do ânion \mathrm{A}^- diminui relativamente à do átomo neutro \mathrm{A}, resultando em \Delta E = E(\mathrm{A}^-)-E(\mathrm{A}) mais negativo — ou seja, a afinidade eletrônica se torna mais negativa.

Passo 6

Por que a blindagem não cresce na mesma proporção que Z ao atravessar um período:
  • Ao adicionar um próton no núcleo há também um elétron a mais, mas esse elétron novo ocupa a mesma camada principal; elétrons na mesma camada não blindam bem porque têm penetração parecida e não ficam inteiramente “entre” o núcleo e o elétron que está chegando.
  • Assim, S aumenta pouco quando se vai da esquerda para a direita no período, enquanto Z aumenta em unidade inteira; o resultado líquido é aumento de \mathrm{Z_{eff}}.

Passo 7

Outros fatores que modificam a monotonicidade (por que há exceções ao aumento estrito):
  • Emparelhamento de elétrons e repulsão eletrônica: em alguns elementos, o elétron extra entra num orbital já semipreenchido, causando repulsão de Coulomb que reduz a energia liberada. Ex.: quando é necessário emparelhar dois elétrons no mesmo orbital (custos de energia de repulsão e perda do ganho de energia de troca), a afinidade pode ser menos negativa do que se esperaria.
  • Penetração orbital: elétrons em orbitais s penetram mais no núcleo e sentem maior \mathrm{Z_{eff}} do que elétrons p ou d; isso causa diferenças finas entre elementos de diferentes blocos.
  • Tamanho atômico muito pequeno: em elementos compactos (por exemplo o flúor comparado ao cloro), a entrada de um elétron novo pode encontrar mais repulsão de elétrons já muito próximos, reduzindo a energia liberada — por isso o flúor tem afinidade eletrônica num valor não tão mais alto que o cloro, apesar de maior Z.
  • Estabilidade de subníveis totalmente preenchidos ou meio‑preenchidos: átomos com subníveis estáveis (p.ex. elementos com configuração de meia‑ocupação) podem apresentar afinidades menores (menos negativas) que o esperado.

Passo 8

Resumo didático e intuitivo (como lembrar na prova)
  • Regra curta: ao atravessar um período, o núcleo fica mais positivo ( Z aumenta) enquanto a blindagem dos elétrons internos praticamente não muda; isso aumenta a carga nuclear efetiva \mathrm{Z_{eff}} sentida pelo elétron que chega. Mais \mathrm{Z_{eff}} = núcleo atrai mais fortemente o elétron extra = mais energia liberada ao captar o elétron = afinidade eletrônica numericamente mais negativa (na convenção usada aqui).
  • Lembre‑se das exceções: emparelhamento, estabilidade de subníveis e repulsões em átomos muito pequenos podem provocar desvios locais da tendência geral.

Resposta

Porque ao percorrer um período o número atômico Z aumenta enquanto a blindagem S (especialmente a das camadas internas) muda pouco, de modo que a carga nuclear efetiva \mathrm{Z_{eff}}=Z-S aumenta; uma \mathrm{Z_{eff}} maior significa atração nuclear mais forte sobre o elétron que está sendo adicionado (energia potencial mais negativa), logo a variação de energia ao formar \mathrm{A}^- fica mais negativa. Exceções locais ocorrem devido à repulsão entre elétrons (emparelhamento), penetração de orbitais e estabilidade de subníveis (meia‑preenchimento ou preenchimento completo).

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