Explique o porquê de os raios dos cátions serem menores que os raios de seus respectivos átomos neutros e o porquê de os raios dos ânions serem maiores que os raios de seus respectivos átomos neutros. Dê exemplos de cada situação.
Passo 1
O enunciado pede para a gente entender por que, em geral, o raio de um cátion é menor do que o raio do átomo neutro correspondente e, inversamente, por que o raio de um ânion é maior do que o raio do átomo neutro. O conteúdo envolve conceitos de raio atômico, força de atração nuclear efetiva e repulsão entre elétrons.
Passo 2
Quando um átomo neutro perde um elétron para formar um cátion, dois efeitos principais acontecem: (1) o número de elétrons diminui, reduzindo a repulsão entre eles; (2) a carga nuclear efetiva por elétron aumenta, porque agora cada elétron “vê” praticamente a mesma carga do núcleo mas encontra menos elétrons para fazer blindagem. Em termos de carga nuclear efetiva podemos dizer que
onde
é a carga real do núcleo e
é o fator de blindagem. Como
cai quando removemos elétrons,
sobe e atrai os elétrons remanescentes para mais perto do núcleo, diminuindo o raio.
Passo 3
Exemplo de cátion: o sódio
O átomo de sódio neutro tem configuração eletrônica e raio aproximado de
pm. Ao perder um elétron e virar
com configuração
, a blindagem interna diminui, o
por elétron sobe e o raio cai para cerca de
pm. Portanto,
.
O átomo de sódio neutro tem configuração eletrônica
Passo 4
Quando um átomo neutro ganha um elétron para formar um ânion, a repulsão entre elétrons aumenta (há mais elétrons ocupando níveis de energia semelhantes) e cada elétron sofre maior blindagem dos demais, reduzindo o
. O núcleo atrai menos fortemente cada elétron, então a nuvem eletrônica se expande e o raio cresce.
Passo 5
Exemplo de ânion: o cloro
O cloro neutro tem configuração e raio de aproximadamente
pm. Ao ganhar um elétron, forma
com configuração
, o aumento da repulsão e da blindagem faz o raio subir para cerca de
pm. Logo,
.
O cloro neutro tem configuração
Resposta
Os cátions têm raio menor que o átomo neutro porque, ao perder elétrons, cresce a carga nuclear efetiva por elétron e diminui a repulsão eletrônica. Exemplo:
Os ânions têm raio maior que o átomo neutro porque, ao ganhar elétrons, aumenta a repulsão entre eles e cresce a blindagem, reduzindo a atração nuclear por elétron. Exemplo: