Explique os resultados de raio atômico, energia de ionização e afinidade eletrônica encontrados experimentalmente:
Afinidade Eletrônica Cloro (-349 \mathrm{KJ} / \mathrm{mol}) e Afinidade Eletrônica do Magnésio ( +19 \mathrm{KJ} / \mathrm{mol} )

Passo 1

O que o enunciado dá e pede (resumido e claro):
  • Valores experimentais de afinidade eletrônica (EA) em fase gasosa:
    • Cloro: \mathrm{EA}(\mathrm{Cl}) = -349\\ \mathrm{kJ/mol}.
    • Magnésio: \mathrm{EA}(\mathrm{Mg}) = +19\\ \mathrm{kJ/mol}.
  • O enunciado pede para explicar esses resultados relacionando-os com raio atômico e energia de ionização (e conceitos afins).
Informações úteis que vou usar (tiradas do enunciado e do contexto químico padrão):
  • Reação que define afinidade eletrônica (em fase gasosa): X(g) + e^- \to X^-(g).
  • Convenção de sinal: uma \mathrm{EA} negativa significa que o processo libera energia (exotérmico) ao ganhar um elétron; uma \mathrm{EA} positiva significa que é necessário fornecer energia (endotérmico) para adicionar o elétron.
  • Posicionamento periódico e configurações eletrônicas relevantes:
    • Cloro: grupo 17 (halogênio), período 3; configuração eletrônica [Ne]\,3s^{2}3p^{5}.
    • Magnésio: grupo 2 (metal alcalino-terroso), período 3; configuração eletrônica [Ne]\,3s^{2}.
  • Também vou relacionar com energia de ionização (primeira energia de ionização \mathrm{IE}_1), raio atômico e conceito de carga nuclear efetiva Z_{\rm eff}.

Passo 2

Conceitos básicos (explicados devagar, sem pressa):
  • O que é afinidade eletrônica (EA): \mathrm{EA} é a variação de entalpia quando um átomo isolado em fase gasosa captura um elétron (reação acima). Se o átomo atrai fortemente o elétron, a energia é liberada e \mathrm{EA} é negativa; se o átomo não “quer” o elétron, é preciso fornecer energia e \mathrm{EA} é positiva.
  • O que é energia de ionização (IE): \mathrm{IE}_1 é a energia necessária para remover um elétron do átomo neutro no estado gasoso: X(g) \to X^+(g) + e^-.Uma \mathrm{IE}_1 alta significa que os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo.
  • Raio atômico e carga nuclear efetiva Z_{\rm eff}:
    • A carga nuclear efetiva aproximada pode ser pensada como \;Z_{\rm eff} \approx Z - S\;, onde Z é número atômico e S é a blindagem dos elétrons internos. Quanto maior Z_{\rm eff}, mais fortemente o núcleo atrai os elétrons e menor tende a ser o raio atômico.
    • Um raio menor aproxima os elétrons do núcleo, aumentando a atração e, geralmente, tornando a captura de um elétron mais favorável (EA mais negativa).
  • Efeito de configuração eletrônica: órbitas preenchidas, semipreenchidas e elétrons pareados influenciam energia. Exemplos úteis:
    • Átomos com um orbital praticamente completo (como halogênios com p^5) tendem a liberar muita energia ao ganhar um elétron (completar o octeto).
    • Átomos com subcamada externa completamente preenchida (como s^2 em \mathrm{Mg}) não ganham um elétron facilmente porque o elétron extra teria que entrar em um orbital de energia mais alta § e/ou sofrer forte repulsão eletrônica.

Passo 3

Por que o cloro tem \mathrm{EA}(\mathrm{Cl}) = -349\\ \mathrm{kJ/mol} (grande e negativo):
  • Configuração: \mathrm{Cl} tem [Ne]\,3s^{2}3p^{5}. Falta só um elétron para completar a subcamada 3p e alcançar a configuração estável de gás nobre [Ne]\,3s^{2}3p^{6}.
  • Efeito combinado de pequeno raio e alta atração nuclear efetiva:
    • Como o átomo de cloro é relativamente pequeno (em relação a átomos do mesmo período mais à esquerda), o núcleo exerce forte atração sobre o elétron que é adicionado.
    • A adição de um elétron completa o octeto, o que confere uma grande estabilização. Mesmo havendo alguma repulsão entre elétrons ao parear no orbital 3p, a energia liberada pela estabilização do octeto e pela atração nuclear vence essa repulsão.
  • Resultado: a captura do elétron libera muita energia → \mathrm{EA} claramente negativa (ex.: -349\\ \mathrm{kJ/mol}). Em termos intuitivos: o cloro “quer” muito um elétron.

Passo 4

Por que o magnésio tem \mathrm{EA}(\mathrm{Mg}) = +19\\ \mathrm{kJ/mol} (ligeiramente positivo):
  • Configuração: \mathrm{Mg} tem [Ne]\,3s^{2}. A sua subcamada externa 3s já está preenchida com dois elétrons.
  • Para adicionar um elétron ao átomo neutro de \mathrm{Mg}, o elétron teria que entrar no orbital 3p (mais energético) e, ao mesmo tempo, não há uma “vantagem de completar octeto” tão direta quanto no caso do cloro. Além disso, a blindagem eletrônica dos elétrons internos e o fato de o elétron extra ficar relativamente distante do núcleo (comparado a um halogênio) reduzem a estabilização que o núcleo pode oferecer ao elétron adicional.
  • Há também repulsão eletrônica e custo energético para acomodar o elétron em um orbital mais alto. Essas desvantagens superam a atração nuclear que \mathrm{Mg} pode exercer sobre o elétron extra.
  • Resultado: a reação \mathrm{Mg}(g) + e^- \to \mathrm{Mg}^-(g) é endotérmica; é necessário fornecer energia, por isso \mathrm{EA} é positivo (aqui \approx +19\\ \mathrm{kJ/mol}). Em palavras simples: \mathrm{Mg} “não quer” ganhar um elétron — prefere perder os dois 3s e formar \mathrm{Mg}^{2+} em compostos iônicos.

Passo 5

Ligando tudo com energia de ionização e raio atômico (visão integrada):
  • Raio atômico: elementos menores (maior Z_{\rm eff}) atraem elétrons adicionados com mais força → tendência a \mathrm{EA} mais negativa. Cloro é menor que magnésio no mesmo período, por isso favorece mais a captura.
  • Energia de ionização: alta \mathrm{IE}_1 normalmente indica elétrons fortemente ligados; halogênios têm \mathrm{IE}_1 relativamente altos e também afinidades eletrônicas muito negativas (porque tanto ganhar quanto perder elétrons envolve energias grandes). Magnésio tem \mathrm{IE}_1 intermediária, mas a sua configuração s^2 implica que ganhar um elétron não é compensado energeticamente.
  • Configuração eletrônica e estabilidade: completar uma subcamada (ou o octeto) traz grande estabilização (Cl), enquanto adicionar um elétron a um átomo com subcamada externa preenchida e sem ganho claro de estabilidade (Mg) tende a ser desfavorável.

Passo 6

Breve analogia e dica prática para prova (sem complicar):
  • Analogia rápida: pense no átomo como uma cadeira de 8 lugares (octeto). Um halogênio tem 7 lugares ocupados — falta só um e quem sentar lá vai ficar muito confortável (libera energia). Um magnésio já tem sua “cadeira” de valência preenchida de outra forma; colocar mais alguém exige criar um novo nível de conforto (orbital 3p) que é menos confortável e custa energia.
  • Regra prática para resolver exercícios: primeiro escreva a configuração eletrônica, veja se adicionar um elétron completa uma subcamada ou cria repulsões maiores; compare raio relativo e Z_{\rm eff}. Esses pontos, junto com a definição de EA (sinal negativo = liberação de energia), resolvem a maior parte das questões.

Passo 7

Resumo final (em linguagem curta, para gravar na cabeça):
  • Cloro: pequeno, alta atração nuclear efetiva, adicionando um elétron completa o octeto → processo fortemente exotérmico → \mathrm{EA}(\mathrm{Cl}) = -349\\ \mathrm{kJ/mol}.
  • Magnésio: subcamada 3s já preenchida; adicionar um elétron exige colocá-lo em orbital mais energético e gera repulsão não compensada pela atração nuclear → processo endotérmico (ligeiramente) → \mathrm{EA}(\mathrm{Mg}) = +19\\ \mathrm{kJ/mol}.

Resposta

Cloro: \mathrm{EA}(\mathrm{Cl}) = -349\\ \mathrm{kJ/mol} — grande e negativo porque \mathrm{Cl} é relativamente pequeno, tem alta atração nuclear efetiva e completar a subcamada 3p (octeto) libera muita energia.
Magnésio: \mathrm{EA}(\mathrm{Mg}) = +19\\ \mathrm{kJ/mol} — positivo porque \mathrm{Mg} tem 3s^{2} preenchido; adicionar um elétron colocaria-o em 3p (mais energético) e a estabilização não compensa a repulsão, sendo o processo ligeiramente endotérmico.

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