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
Zrm ef approx Z - S,
onde Z é a carga real do núcleo e S é o fator de blindagem. Como S cai quando removemos elétrons, Zrm ef 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 1s^2,2s^2,2p^6,3s^1 e raio aproximado de 186 pm. Ao perder um elétron e virar Na^+ com configuração 1s^2,2s^2,2p^6, a blindagem interna diminui, o Zrm ef por elétron sobe e o raio cai para cerca de 102 pm. Portanto, r(Na^+)<r(Na).

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 Zrm ef. 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 1s^2,2s^2,2p^6,3s^2,3p^5 e raio de aproximadamente 99 pm. Ao ganhar um elétron, forma Cl^- com configuração 3p^6, o aumento da repulsão e da blindagem faz o raio subir para cerca de 181 pm. Logo, r(Cl^-)>r(Cl).

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:
r(Na^+)approx102 pm<r(Na)approx186 pm
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:
r(Cl^-)approx181 pm>r(Cl)approx99 pm

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