Em geral, as energias de ionização aumentam ao longo de um período da esquerda para a direita. Explique por que a segunda energia de ionização do Cr é maior, e não menor, que a do Mn.
Passo 1
O enunciado pede uma explicação do porquê a segunda energia de ionização do Cr é maior do que a do Mn, contrariando a ideia simplista de que as energias de ionização sempre aumentam rigidamente da esquerda para a direita. Informações relevantes que vamos usar:
- Número atômico do cromo:
. - Número atômico do manganês:
. - Configurações eletrônicas na forma compacta (do estado fundamental):
- Cr:
. - Mn:
.
- Cr:
- O que se pede: explicar, com base nas configurações e nos princípios físicos, por que
.
Passo 2
O que são as energias de ionização (definição e notação) — uma aulinha rápida e prática.
- A primeira energia de ionização
é a energia necessária para realizar a reação ou seja, remover o primeiro elétron do átomo neutro. - A segunda energia de ionização
é a energia necessária para ou seja, remover um segundo elétron do cátion já formado. - Observação importante para provas:
normalmente é maior que porque, depois de remover um elétron, a carga efetiva sobre os elétrons restantes aumenta (o cátion retém melhor os elétrons), mas o valor numérico de depende também de qual orbital o elétron removido ocupa e da estabilidade eletrônica do estado que sobra.
Passo 3
Ordem de preenchimento vs. ordem de remoção de elétrons — regra prática que aparece sempre.
- Ao preencher átomos neutros usa-se a regra
antes de (por isso escrevemos para Mn). - Ao formar cátions, entretanto, os elétrons
são geralmente removidos antes dos . Isso porque, após perda de elétrons, o orbital fica mais baixo em energia que o ; portanto, é mais “externo” em cátions. - Consequência prática:
- Para Cr neutro: o elétron removido primeiro é o
, dando . - Para Mn neutro: o primeiro elétron removido também é um
, deixando .
- Para Cr neutro: o elétron removido primeiro é o
Passo 4
Por que a configuração
é especial — energia de troca e estabilidade meia-preenchida.
- Hund e estabilidade: uma configuração com todos os orbitais de um subnível ocupados por elétrons desemparelhados (como
, onde existem cinco orbitais d e cada um tem um elétron) maximiza o número de pares paralelos de spin. - Energia de troca (exchange energy): elétrons com spins paralelos em orbitais diferentes reduzem a energia do átomo por efeitos quânticos de troca; isso dá uma estabilização extra a configurações meio-preenchidas (
) e totalmente preenchidas ( ). - Consequência prática: retirar um elétron de um subnível meio-preenchido (quebrando a configuração
) custa energia adicional porque se perde essa estabilização de troca.
Passo 5
Aplicando tudo ao caso Cr vs Mn, passo a passo (a parte decisiva).
- Começando por Cr (
, ): -
remove o elétron e deixa o cátion , que é especialmente estável por ser meio-preenchido. -
agora deve remover um elétron de . Isso quebra a configuração , fazendo o sistema perder a estabilização por troca — logo, requer muita energia.
-
- Agora Mn (
, ): -
remove um elétron e deixa . -
remove o segundo elétron , produzindo . Note que a remoção do segundo elétron em Mn resulta justamente na configuração estável ; isto é, a remoção é “favorecida” porque leva a um estado muito estabilizado.
-
- Comparação direta:
- Em Cr,
exige remover um elétron de (quebra de estabilidade, custa mais). - Em Mn,
remove um elétron deixando (atinge uma configuração estável, custa menos).
- Em Cr,
- Logo, mesmo que Mn tenha um próton a mais (tendendo a aumentar energias de ionização), o fato de que a segunda remoção em Mn alcança a configuração estável
faz com que seja menor que .
Passo 6
Resumo físico-intuitivo e dica de prova
- Intuição curta: é mais caro arrancar um elétron que destrói uma configuração meio-preenchida
do que arrancar um elétron que simplesmente leva a essa configuração. Por isso . - Dica para prova: quando comparar energias de ionização, sempre escreva as configurações antes e depois de cada remoção e pergunte: “remover esse elétron cria ou destrói uma configuração estável (como
ou )?” Isso geralmente explica as exceções à tendência periódica.
Resposta
Porque em cromo a segunda ionização precisa arrancar um elétron
de uma configuração estável
(quebrando a estabilização por troca e custando muita energia), enquanto em manganês a segunda ionização remove o elétron
e deixa a mesma configuração estabilizada
; por isso
.