Explique por que o raio do íon
é menor que o raio do átomo K neutro, mas o raio do íon
é maior que o raio do íon
, sendo estes dois íons isoeletrônicos (mesma configuração eletrônica).
Passo 1
O enunciado pede duas explicações relacionadas aos raios atômicos/iónicos:
- Por que o raio do íon
é menor que o raio do átomo neutro . - Por que, apesar de serem isoeletrônicos, o raio do íon
é maior que o raio do íon .
Informações relevantes dadas ou que precisamos usar (estas vêm do conhecimento básico dos átomos envolvidos):
- Número atômico do potássio:
. - Número atômico do cálcio:
. - Contagem de elétrons:
-
neutro tem elétrons. -
tem elétrons. -
tem elétrons.
-
- Configurações eletrônicas (forma compacta):
-
neutro: . -
e : ambos têm configuração (ou seja, os mesmos 18 elétrons).
-
- Conceitos que serão usados: raio atômico/iónico, carga nuclear efetiva, blindagem (shielding), repulsão elétron–elétron e remoção de camadas eletrônicas.
Passo 2
O que significa “raio atômico/iónico” e como ele depende das forças dentro do átomo
- O raio atômico/iónico é uma medida do tamanho médio da nuvem eletrônica ao redor do núcleo; não é um valor fixo absoluto (métodos experimentais diferentes dão números ligeiramente diferentes), mas serve para comparar tamanhos relativos.
- Dois fatores principais determinam o tamanho efetivo de um átomo/íon:
- A atração elétron–próton: quanto maior a carga positiva efetiva sentida pelos elétrons, mais “puxados” eles ficam para perto do núcleo.
- A repulsão elétron–elétron e a ocupação de camadas eletrônicas: mais elétrons em camadas externas (ou mais camadas) aumentam o tamanho pela repulsão e pelo maior “alcance” da nuvem eletrônica.
- Portanto, para entender mudanças de raio devemos olhar para (a) quantos elétrons existem e em quais camadas estão e (b) quantos prótons existem no núcleo que atraem esses elétrons.
Passo 3
Por que o raio de
é menor que o raio do átomo neutro
- Compare as configurações eletrônicas:
-
: — há um elétron na camada que ocupa uma região mais externa. -
: — esse elétron foi removido; a “camada externa” efetiva passa a ser a ( em ).
-
- Efeitos ao remover um elétron:
- Diminuição da repulsão elétron–elétron: ao tirar o elétron externo há menos empurrão entre elétrons, então os elétrons restantes podem ficar mais próximos do núcleo.
- Mudança na ocupação de camadas: remover o elétron que estava na camada
muitas vezes significa que não há mais uma camada externa ocupada; a nuvem eletrônica “encolhe” para as camadas interiores. - A carga nuclear
permanece a mesma ( ), mas como há menos elétrons para neutralizar a atração, a atração média por elétron aumenta.
- Conclusão direta: ao formar
remove-se o elétron de valência mais externo ( ), reduz-se a repulsão e a nuvem eletrônica recolhe-se para camadas internas — por isso o raio de é menor que o do átomo neutro .
Passo 4
Introdução e uso do conceito de carga nuclear efetiva
- Uma forma útil de quantificar “quanto o núcleo puxa um elétron” é a carga nuclear efetiva:
onde: -
é o número de prótons (número atômico), -
é a constante de blindagem (shielding) que representa o efeito de redução da atração do núcleo causado pelos demais elétrons.
-
- Interpretação: quanto maior for
para um elétron, maior a atração do núcleo sobre esse elétron e, em geral, menor será o raio médio. - O processo
mantém fixo ( ) e normalmente diminui efetivamente para os elétrons restantes (menos repulsão e ausência da camada externa), o que aumenta sentido pelos elétrons remanescentes e causa contração do raio.
Passo 5
Comparação isoeletrônica: por que ter a mesma configuração eletrônica não garante o mesmo raio
- “Isoeletrônico” significa “mesmo número de elétrons e mesma distribuição eletrônica” (aqui ambos
e têm a configuração ). - Mesmo com mesma distribuição de elétrons, o que muda é a carga nuclear
. Para , ; para , . - Como
(a blindagem fornecida pelos outros elétrons) é praticamente a mesma quando o conjunto de elétrons é igual, a diferença principal está em : a maior quantidade de prótons em aumenta sentido pelos elétrons. - Resultado: elétrons em
são atraídos com maior intensidade ao núcleo do que em , então a nuvem eletrônica em fica mais compacta — isto é, tem raio menor que .
Passo 6
Uma analogia e exemplo rápido para fixar (útil para prova)
- Analogia simples: imagine que os elétrons são bolas presas por elásticos ao núcleo. Se o núcleo fica “mais forte” (mais prótons), os elásticos puxam as bolas mais para dentro; se há menos bolas ou uma bola externa é removida, as bolas restantes também passam a ficar mais internas porque há menos empurrões entre elas.
- Exemplo isoeletrônico conhecido:
e são ambos isoeletrônicos com configuração . Entretanto (com ) é menor que (com ) — o mesmo princípio que usamos para vs .
Passo 7
Como responder rapidamente na prova (passos práticos)
- Passo a passo curto que vale ponto:
- Escreva as configurações eletrônicas:
, , . - Explique que
é menor que porque perdeu o elétron , reduzindo repulsões e fazendo a nuvem recolher-se para camadas internas. - Explique que
e têm o mesmo número de elétrons, mas tem mais prótons ( ) portanto maior , atraindo os elétrons mais fortemente e resultando em raio menor.
- Escreva as configurações eletrônicas:
- Se quiser, ilustre com uma linha final: “mesmo número de elétrons → comparar número de prótons; mais prótons = menor raio”.
Passo 8
Resumo final e incentivo
- Em poucas palavras: a diferença entre
e vem da remoção de um elétron externo (queda na repulsão e recolhimento das camadas); a diferença entre e (isoeletrônicos) vem do número diferente de prótons — mais prótons puxam os elétrons mais para perto, dando raio menor. - Fica a dica para a prova: sempre verifique número de elétrons (para isoeletrônicos) e número de camadas / elétrons de valência (para íons vs átomos neutros). Isso resolve a maioria das questões sobre raios atômicos/iónicos. Vai dar certo — foco e calma!
Resposta
O raio de
é menor que o raio do átomo
porque ao perder o elétron
diminui a repulsão elétron–elétron e a nuvem eletrônica recolhe-se para camadas internas, aumentando a carga nuclear efetiva sentida pelos elétrons remanescentes.
O raio de é maior que o raio de
apesar de serem isoeletrônicos porque
tem um próton a mais (
vs
), o que aumenta a carga nuclear efetiva e puxa os elétrons mais fortemente, reduzindo o raio.
O raio de