Por que o flúor apresenta raio atômico menor que o oxigênio e cloro?

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão é: “Por que o flúor apresenta raio atômico menor que o oxigênio e o cloro?”
Conteúdo: tabela periódica, raio atômico, carga nuclear efetiva e níveis de energia (camadas eletrônicas).
O que precisamos saber:
  • Como varía o raio atômico ao longo de um período e de um grupo.
  • O que é carga nuclear efetiva ( ) e como ela “puxa” os elétrons.
  • A influência do número de camadas eletrônicas (número quântico principal ) no tamanho do átomo.

Passo 2

Primeiro, vamos entender F versus O (ambos no mesmo período, período 2).
  1. Oxigênio tem Zrm eff approx Z - S (8 prótons), flúor tem (9 prótons).
  2. Os elétrons de valência estão na mesma camada , então o “tamanho” base deles é parecido.
  3. A carga nuclear efetiva é dada por
onde é o fator de blindagem (shielding) pelos outros elétrons. Como O e F têm blindagem muito semelhante, o que muda mesmo é .
4. Como F tem um próton a mais, de F é maior que de O. Mais carga efetiva significa maior atração dos elétrons para o núcleo → raio menor.

Passo 3

Agora, F versus Cl (mesmo grupo, grupo 17, mas períodos diferentes).
  1. Flúor está no período 2 ( r propto n^2Zrm eff ), cloro no período 3 ( ).
  2. Cada camada extra aumenta muito o “tamanho” do átomo, porque o elétron mais externo fica em um nível com número quântico principal maior.
  3. Mesmo que Cl tenha mais prótons ( ) e um mais alto, ele também tem muito mais eletróns internos, que blindam o núcleo. O nível é maior por si só (o elétron fica “mais longe”).
  4. Em modelos simples (Bohr), a “raiz” do raio varia como
Em Cl, cresce de 4 (no F) para 9, o que aumenta muito o tamanho, mesmo com maior.

Passo 4

Resumo da física envolvida:
  • No mesmo período: quanto maior , menor o raio (maior atração).
  • No mesmo grupo: quanto maior o nível , maior o raio (elétrons mais “distantes”).
  • A fórmula capta essa ideia de forma qualitativa.

Resposta

O flúor tem raio atômico menor que o oxigênio porque, estando no mesmo período, ele tem mais carga nuclear efetiva atraindo os elétrons. E tem raio menor que o cloro porque está em um nível eletrônico mais baixo ( contra ), fazendo com que seus elétrons de valência fiquem mais próximos ao núcleo.

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