Explique os resultados de raio atômico, energia de ionização e afinidade eletrônica encontrados experimentalmente:
Afinidade Eletrônica Cloro
e Afinidade Eletrônica do Magnésio (
)
Afinidade Eletrônica Cloro
Passo 1
O que o enunciado dá e pede (resumido e claro):
- Valores experimentais de afinidade eletrônica (EA) em fase gasosa:
- Cloro:
. - Magnésio:
.
- Cloro:
- 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):
- Convenção de sinal: uma
negativa significa que o processo libera energia (exotérmico) ao ganhar um elétron; uma 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
. - Magnésio: grupo 2 (metal alcalino-terroso), período 3; configuração eletrônica
.
- Cloro: grupo 17 (halogênio), período 3; configuração eletrônica
- Também vou relacionar com energia de ionização (primeira energia de ionização
), raio atômico e conceito de carga nuclear efetiva .
Passo 2
Conceitos básicos (explicados devagar, sem pressa):
- O que é afinidade eletrônica (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 é negativa; se o átomo não “quer” o elétron, é preciso fornecer energia e é positiva. - O que é energia de ionização (IE):
é a energia necessária para remover um elétron do átomo neutro no estado gasoso: Uma alta significa que os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo. - Raio atômico e carga nuclear efetiva
: - A carga nuclear efetiva aproximada pode ser pensada como
, onde é número atômico e é a blindagem dos elétrons internos. Quanto maior , 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).
- A carga nuclear efetiva aproximada pode ser pensada como
- Efeito de configuração eletrônica: órbitas preenchidas, semipreenchidas e elétrons pareados influenciam energia. Exemplos úteis:
- Átomos com um orbital praticamente completo (como halogênios com
) tendem a liberar muita energia ao ganhar um elétron (completar o octeto). - Átomos com subcamada externa completamente preenchida (como
em ) 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.
- Átomos com um orbital praticamente completo (como halogênios com
Passo 3
Por que o cloro tem
(grande e negativo):
- Configuração:
tem . Falta só um elétron para completar a subcamada e alcançar a configuração estável de gás nobre . - 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
, a energia liberada pela estabilização do octeto e pela atração nuclear vence essa repulsão.
- Resultado: a captura do elétron libera muita energia →
claramente negativa (ex.: ). Em termos intuitivos: o cloro “quer” muito um elétron.
Passo 4
Por que o magnésio tem
(ligeiramente positivo):
- Configuração:
tem . A sua subcamada externa já está preenchida com dois elétrons. - Para adicionar um elétron ao átomo neutro de
, o elétron teria que entrar no orbital (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
pode exercer sobre o elétron extra. - Resultado: a reação
é endotérmica; é necessário fornecer energia, por isso é positivo (aqui ). Em palavras simples: “não quer” ganhar um elétron — prefere perder os dois e formar em compostos iônicos.
Passo 5
Ligando tudo com energia de ionização e raio atômico (visão integrada):
- Raio atômico: elementos menores (maior
) atraem elétrons adicionados com mais força → tendência a mais negativa. Cloro é menor que magnésio no mesmo período, por isso favorece mais a captura. - Energia de ionização: alta
normalmente indica elétrons fortemente ligados; halogênios têm relativamente altos e também afinidades eletrônicas muito negativas (porque tanto ganhar quanto perder elétrons envolve energias grandes). Magnésio tem intermediária, mas a sua configuração 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
) 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
. 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 →
. - Magnésio: subcamada
já preenchida; adicionar um elétron exige colocá-lo em orbital mais energético e gera repulsão não compensada pela atração nuclear → processo endotérmico (ligeiramente) → .
Resposta
Cloro:
— grande e negativo porque
é relativamente pequeno, tem alta atração nuclear efetiva e completar a subcamada
(octeto) libera muita energia.
Magnésio: — positivo porque
tem
preenchido; adicionar um elétron colocaria-o em
(mais energético) e a estabilização não compensa a repulsão, sendo o processo ligeiramente endotérmico.
Magnésio: