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
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
). - Precisamos relacionar essas mudanças com a blindagem (shielding) e com a carga nuclear efetiva
.
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:
- Defino a afinidade eletrônica como a variação de energia
Com essa convenção, se a reação libera energia a variação
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
) 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:
onde
é a constante de blindagem (shielding constant).
representa a parcela da carga nuclear que é “mascarada” pelos outros elétrons.
- Regras qualitativas importantes sobre
: - Elétrons de camadas internas (menor
) fazem uma blindagem forte: cada elétron interno contribui quase 1,0 para . - Elétrons na mesma camada (mesmo
) blindam menos, porque têm penetração e ocupam regiões do espaço semelhantes (contribuição menor, típica de segundo regras empíricas de Slater). - Assim, ao mover-se ao longo de um período, o número de elétrons internos permanece praticamente o mesmo, enquanto
aumenta.
- Elétrons de camadas internas (menor
Passo 4
Aplicando isso numericamente (exemplo ilustrativo com regras simples tipo Slater) para ver a tendência de
:
- Exemplo 1: só para ilustrar, para o átomo de sódio
( ), o elétron de valência está em . Os 10 elétrons internos contribuem com cerca de para , então
- Exemplo 2: para cloro
( ), um elétron de valência está em . Estimando com a ideia: elétrons das camadas internas somam e elétrons na mesma camada (outros ) contribuem com uma fração (por exemplo cada). Isso dá algo como
- Conclusão desses exemplos: ao ir de
a no mesmo período, aumenta de forma significativa porque cresce enquanto só cresce pouco (os elétrons adicionados estão na mesma camada e blindam pouco).
Passo 5
Conexão entre
maior e afinidade eletrônica mais negativa (razão física):
- Energia de atração coulombiana aproximada entre o núcleo efetivo e um elétron a uma distância média
pode ser escrita qualitativamente como
- Se
aumenta (más carga efetiva positiva sentida pelo elétron) e se a distância média do elétron a acrescentar não aumenta muito (mesma camada principal ou ligeira diminuição do raio ao atravessar o período), o valor de torna‑se mais negativo: o elétron fica mais fortemente ligado. - Portanto, a energia do ânion
diminui relativamente à do átomo neutro , resultando em mais negativo — ou seja, a afinidade eletrônica se torna mais negativa.
Passo 6
Por que a blindagem não cresce na mesma proporção que
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,
aumenta pouco quando se vai da esquerda para a direita no período, enquanto aumenta em unidade inteira; o resultado líquido é aumento de .
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
penetram mais no núcleo e sentem maior do que elétrons ou ; 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
. - 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 (
aumenta) enquanto a blindagem dos elétrons internos praticamente não muda; isso aumenta a carga nuclear efetiva sentida pelo elétron que chega. Mais = 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
aumenta enquanto a blindagem
(especialmente a das camadas internas) muda pouco, de modo que a carga nuclear efetiva
aumenta; uma
maior significa atração nuclear mais forte sobre o elétron que está sendo adicionado (energia potencial mais negativa), logo a variação de energia ao formar
fica mais negativa. Exceções locais ocorrem devido à repulsão entre elétrons (emparelhamento), penetração de orbitais e estabilidade de subníveis (meia‑preenchimento ou preenchimento completo).