Explique por que \mathrm{Na}(\mathrm{Z}=11) e \mathrm{K}(\mathrm{Z}=19) possuem propriedades químicas semelhantes.

Passo 1

O que o enunciado pede: explicar por que \mathrm{Na} (com \mathrm{Z}=11) e \mathrm{K} (com \mathrm{Z}=19) possuem propriedades químicas semelhantes.
Informações dadas:
  • Número atômico de sódio: \mathrm{Z}=11.
  • Número atômico de potássio: \mathrm{Z}=19.
O objetivo agora é mostrar, passo a passo e de forma didática, quais conceitos da estrutura eletrônica e da tabela periódica explicam essa semelhança e dar exemplos de comportamentos químicos parecidos.

Passo 2

Entendendo o conceito-chave: elétrons de valência.
Explicação didática:
  • Átomos têm elétrons distribuídos em camadas (níveis) e subníveis: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, etc. A ordem de preenchimento segue o princípio de Aufbau (preencher primeiro os orbitais de menor energia).
  • Os elétrons mais externos (os que estão na camada de maior número quântico principal) são chamados elétrons de valência; eles determinam em grande parte a química do elemento porque são os mais fáceis de perder, ganhar ou compartilhar.
  • Dois elementos com o mesmo número de elétrons de valência, em orbitais análogos, tendem a apresentar propriedades químicas semelhantes, porque reagem formando espécies com configuração eletrônica externa parecida.

Passo 3

Colocando na prática: configurações eletrônicas de \mathrm{Na} e \mathrm{K}.
Escrevendo as configurações (pegando \mathrm{Z} do enunciado):
  • Para \mathrm{Na} ( \mathrm{Z}=11):
\mathrm{Na}:\;1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{1}
  • Para \mathrm{K} ( \mathrm{Z}=19):
\mathrm{K}:\;1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6}\;4s^{1}
Observação clara e didática: ambos têm exatamente um elétron no orbital s mais externo: \;3s^{1} em \mathrm{Na} e \;4s^{1} em \mathrm{K}. Esses são os elétrons de valência responsáveis pelas reações químicas mais importantes desses átomos.

Passo 4

Consequência direta: tendência a formar cátions +1 e atingir configuração de gás nobre.
Explicação e exemplos:
  • Ao perderem esse elétron s^{1}, os átomos alcançam uma configuração eletrônica mais estável (de gás nobre):
\mathrm{Na}\to \mathrm{Na}^{+} + e^{-},\qquad \mathrm{Na}^{+}:\;1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;(\text{configuração do Ne})çã
\mathrm{K}\to \mathrm{K}^{+} + e^{-},\qquad \mathrm{K}^{+}:\;1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6}\;(\text{configuração do Ar})çã
  • Ambos formam íons +1 de forma muito favorecida. Isso explica porque tanto \mathrm{Na} quanto \mathrm{K} participam de reações típicas de metais alcalinos: formam sais iônicos com halogênios, hidróxidos fortes, reagem vigorosamente com água, etc.

Passo 5

Ligando isso à tabela periódica: posição no mesmo grupo.
Explicação didática:
  • Na tabela periódica, elementos com o mesmo número de elétrons de valência ficam na mesma coluna (grupo). Sódio e potássio estão no mesmo grupo (grupo 1, os alcalinos).
  • Elementos do mesmo grupo têm química semelhante por compartilharem a mesma configuração de valência (a diferença é apenas o número de camadas internas preenchidas).

Passo 6

Exemplos de reações e propriedades semelhantes (escritas explicitamente).
Reações com água:
2\mathrm{Na} + 2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} \longrightarrow 2\mathrm{NaOH} + \mathrm{H}_{2}
2\mathrm{K} + 2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} \longrightarrow 2\mathrm{KOH} + \mathrm{H}_{2}
Formação de haletos:
\mathrm{Na} + \tfrac{1}{2}\mathrm{Cl}_{2} \longrightarrow \mathrm{NaCl}
\mathrm{K} + \tfrac{1}{2}\mathrm{Cl}_{2} \longrightarrow \mathrm{KCl}
  • Note o padrão: ambos formam hidróxidos solúveis e fortes ( \mathrm{NaOH}, \mathrm{KOH}) e haletos iônicos típicos ( \mathrm{NaCl}, \mathrm{KCl}).

Passo 7

Pequenas diferenças — por que não são idênticos, só semelhantes.
Conceitos e explicação:
  • Embora tenham o mesmo tipo de elétron de valência ( ns^{1}), há diferenças nas energias e nos tamanhos:
    • \mathrm{K} tem mais camadas preenchidas que \mathrm{Na}, portanto maior raio atômico.
    • A energia de ionização de \mathrm{K} é um pouco menor que a de \mathrm{Na} (tendência geral: a energia de ionização diminui ao descer um grupo), então \mathrm{K} reage com água de maneira ainda mais fácil/vigorosa que \mathrm{Na}.
  • Essas diferenças quantitativas (reatividade, densidade, ponto de fusão, etc.) decorrem da maior distância do elétron de valência ao núcleo e do efeito de blindagem (eletros internos), mas não alteram o tipo qualitativo de química (formação de +1, sais iônicos, bases fortes).

Passo 8

Resumo didático para decorar e usar na prova (fórmula mental).
  • Regra curta: elementos no mesmo grupo têm a mesma configuração de valência; por isso têm química semelhante.
  • Para \mathrm{Na} e \mathrm{K}: ambos são ns^{1} (um elétron de valência) → formam \mathrm{M}^{+} facilmente → reações típicas de metais alcalinos.
  • Lembrete prático: quando vir dois elementos do mesmo grupo, espere comportamento químico análogo; diferenças virão por tendências periódicas (raio, energia de ionização, eletronegatividade).

Resposta

Porque ambos são elementos do grupo 1 (alcalinos) e têm configuração de valência ns^{1}: \mathrm{Na}:\;1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{1} e \mathrm{K}:\;1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{1}; essa única diferença de camada interna faz com que ambos percam facilmente um elétron para formar íons +1 e, por isso, exibam qualitativamente as mesmas propriedades químicas (formação de \mathrm{M}^{+}, reações com água, sais iônicos etc.), com pequenas variações quantitativas devido ao maior raio e menor energia de ionização de \mathrm{K}.