Explique:
o comportamento dos gráficos da primeira e segunda, e terceira energias de ionização do cálcio e dos elementos do primeiro período do bloco d, relacionando com a variação da carga nuclear efetiva.

Passo 1

Resumindo: temos dois gráficos para os elementos do bloco d do primeiro período Z=19 a 30: à esquerda, a carga nuclear efetiva Z_{\rm ef} sentida pelos elétrons (4s) e (3d); à direita, as três primeiras energias de ionização \mathrm{EI}_1, \mathrm{EI}_2 e \mathrm{EI}_3. O objetivo é explicar por que cada curva cresce do Ca Z=19 ao Zn Z=30, relacionando-a ao aumento de Z_{\rm ef}.

Passo 2

Lembrete de teoria:
  • A carga nuclear efetiva Z_{\rm ef} é a carga “real” que um elétron sente, descontando o efeito de blindagem dos demais elétrons.
  • A energia de ionização \mathrm{EI}_n é a energia necessária para retirar o n-ésimo elétron de um átomo no estado gasoso. Quanto maior Z_{\rm ef}, mais fortemente o elétron está ligado e maior \mathrm{EI}.

Passo 3

Observando o gráfico de Z_{\rm ef}:
  • Os elétrons (4s) (quadradinhos) sentem uma Z_{\rm ef} em torno de 4{,}5 a 6, aumentando lentamente com Z.
  • Já os (3d) (bolinhas) apresentam Z_{\rm ef} maior (de \sim7 a \sim14) e crescem bem mais acentuados.
    Isso significa que, ao longo da série, qualquer elétron (3d) fica preso muito mais forte que um (4s).

Passo 4

Comportamento de \mathrm{EI}_1:
  • Este IE retira o primeiro elétron do orbital (4s). Como Z_{\rm ef}(4s) aumenta apenas ligeiramente, a curva de \mathrm{EI}_1 também sobe devagar de Ca a Zn.
  • Pequenas ondulações (ex.: ligeira alta em Cu) refletem configurações mais estáveis de subníveis semipreenchidos ou totalmente preenchidos.

Passo 5

Comportamento de \mathrm{EI}_2:
  • Remove o segundo elétron do mesmo (4s). Já partindo de um átomo com uma carga positiva a mais +1, a força de atração sobre o segundo elétron é ligeiramente maior, então \mathrm{EI}_2 é acima de \mathrm{EI}_1 e cresce um pouco mais acentuado, seguindo o aumento de Z_{\rm ef}(4s).

Passo 6

Comportamento de \mathrm{EI}_3:
  • O terceiro elétron sai agora de um orbital (3d) (ou até (3p) em Ca). Como Z_{\rm ef}(3d) é bem maior e cresce rápido, nota-se um salto dramático de Ca para Sc (já que em Ca o terceiro é um elétron do subnível interno).
  • A partir daí, \mathrm{EI}_3 aumenta de forma moderada, paralelamente ao aumento de Z_{\rm ef}(3d) ao longo da série.

Resposta

A ligeira subida de \mathrm{EI}_1 e \mathrm{EI}_2 de Ca a Zn acompanha o pequeno aumento de Z_{\rm ef} dos elétrons (4s). Já a forte elevação inicial de \mathrm{EI}_3 (Ca→Sc) e seu crescimento subsequente refletem a maior e mais rápida variação de Z_{\rm ef} para elétrons (3d).

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