Um dos fatores que afetam a primeira energia de ionização é a carga nuclear (Z). Li tem um próton a mais do que o hélio (maior Z), e mesmo assim tem energia de ionização (
) muito menor do que o He (
). Explique.
Passo 1
Então, o enunciado pede pra explicar por que o Li (Z = 3) tem energia de ionização 1ᵃ muito menor (519 kJ/mol) que o He (Z = 2) com 2370 kJ/mol.
Conteúdo: estrutura eletrônica, energia de ionização, carga nuclear efetiva e blindagem eletrônica.
O que vamos precisar:
Conteúdo: estrutura eletrônica, energia de ionização, carga nuclear efetiva e blindagem eletrônica.
O que vamos precisar:
- Definir energia de ionização.
- Ver como a carga nuclear (Z) e a blindagem (shielding) afetam a atração do elétron.
- Calcular (ou estimar) a carga nuclear efetiva
. - Lembrar que elétron mais longe do núcleo fica menos “preso”.
Passo 2
Bora entender o que é energia de ionização.
Energia de ionização é a energia mínima que você precisa dar pra um átomo neutro arrancar o elétron mais externo. Geralmente se escreve em kJ/mol.
Quanto maior a atração entre núcleo e elétron, maior vai ser essa energia.
Energia de ionização é a energia mínima que você precisa dar pra um átomo neutro arrancar o elétron mais externo. Geralmente se escreve em kJ/mol.
Quanto maior a atração entre núcleo e elétron, maior vai ser essa energia.
Passo 3
Agora, carga nuclear (Z) é só o número de prótons.
- He tem Z = 2.
- Li tem Z = 3.
Se só existisse o próton atraindo o elétron, Li chutaria mais forte o Elétron embora, pois tem mais prótons. Mas tem mais coisa em jogo…
Passo 4
Surge aí a blindagem eletrônica (shielding).
Elétrons internos “atrapalham” a atração do núcleo sobre o elétron mais externo, pois eles ficam no meio e repelem um pouco.
Elétrons internos “atrapalham” a atração do núcleo sobre o elétron mais externo, pois eles ficam no meio e repelem um pouco.
- No He, os 2 elétrons estão no mesmo nível (1s), então eles pouca coisa blindam um ao outro.
- No Li, o elétron que vamos arrancar está em 2s, e ele é “protegido” pelos 2 elétrons do 1s.
Passo 5
Pra combinar carga nuclear e blindagem a gente usa o conceito de carga nuclear efetiva:
onde
é a constante de blindagem. Pela regra de Slater (de modo aproximado):
- Para o elétron 2s do Li, cada elétron 1s blinda
. Então . - Assim
.
No He, os elétrons 1s têmcada (mas são no mesmo nível), daí
Logo, o elétron do He sente uma atração efetiva maior.
Passo 6
Além disso, nível quântico maior significa distância maior do elétron ao núcleo (o elétron 2s em Li está “mais longe” que os 1s do He). E pela lei de Coulomb, energia de ligação cai com a distância:
No He,
e
é maior; em Li,
e
é menor. Isso resulta numa energia de ionização bem menor em Li.
Resposta
Mesmo tendo um próton a mais, o elétron externo do Li é muito mais blindado pelos elétrons 1s e está num nível (2s) mais distante. Dessa forma sua carga nuclear efetiva é menor e a energia necessária pra arrancá-lo fica bem mais baixa que no He.