Indique se a afirmação é verdadeira (V) ou falsa (F).
(a) A massa atômica de um elemento dado na tabela periódica é a média ponderada das massas de seus isótopos encontrados na Terra.
(b) O íon
é mais polarizável do que
.
(c) O tamanho de um átomo é aproximadamente o tamanho de seu núcleo.
(d) O orbital 3d permite ao elétron a maior probabilidade de ser encontrado mais próximo ao núcleo do que o orbital 3p.
(e) Em um átomo de carbono no estado fundamental, a constante de blindagem de um elétron em um orbital 2 s é igual ao constante de blindagem de um elétron em um orbital 2p.
(f) A carga nuclear efetiva é independente do número de elétrons presentes em um átomo.
(g) Flúor possui maior eletronegatividade do que césio.
(a) A massa atômica de um elemento dado na tabela periódica é a média ponderada das massas de seus isótopos encontrados na Terra.
(b) O íon
(c) O tamanho de um átomo é aproximadamente o tamanho de seu núcleo.
(d) O orbital 3d permite ao elétron a maior probabilidade de ser encontrado mais próximo ao núcleo do que o orbital 3p.
(e) Em um átomo de carbono no estado fundamental, a constante de blindagem de um elétron em um orbital 2 s é igual ao constante de blindagem de um elétron em um orbital 2p.
(f) A carga nuclear efetiva é independente do número de elétrons presentes em um átomo.
(g) Flúor possui maior eletronegatividade do que césio.
Passo 1
O enunciado pede que eu indique se cada uma das afirmações (a) a (g) é verdadeira (V) ou falsa (F). Vou listar cada afirmação exatamente como aparece para não me perder:
(a) A massa atômica de um elemento dado na tabela periódica é a média ponderada das massas de seus isótopos encontrados na Terra.
(b) O íon é mais polarizável do que
.
(c) O tamanho de um átomo é aproximadamente o tamanho de seu núcleo.
(d) O orbital permite ao elétron a maior probabilidade de ser encontrado mais próximo ao núcleo do que o orbital
.
(e) Em um átomo de carbono no estado fundamental, a constante de blindagem de um elétron em um orbital é igual ao constante de blindagem de um elétron em um orbital
.
(f) A carga nuclear efetiva é independente do número de elétrons presentes em um átomo.
(g) Flúor possui maior eletronegatividade do que césio.
(a) A massa atômica de um elemento dado na tabela periódica é a média ponderada das massas de seus isótopos encontrados na Terra.
(b) O íon
(c) O tamanho de um átomo é aproximadamente o tamanho de seu núcleo.
(d) O orbital
(e) Em um átomo de carbono no estado fundamental, a constante de blindagem de um elétron em um orbital
(f) A carga nuclear efetiva é independente do número de elétrons presentes em um átomo.
(g) Flúor possui maior eletronegatividade do que césio.
Vou analisar cada afirmação separadamente, explicando a teoria necessária e mostrando porque ela é verdadeira ou falsa.
Passo 2
Definição e ideia: a massa atômica relativa (ou massa atômica média) registrada numa tabela periódica é a média das massas dos diferentes isótopos de um elemento, ponderada pela abundância natural de cada isótopo na amostra terrestre. Isso significa que isótopos mais abundantes contribuem mais para a média.
Fórmula geral: a média ponderada é
onde
é a massa do isótopo
e
é sua fração natural (
).
Exemplo concreto (curto): para cloro, com abundâncias aproximadas de
para
e
para
, a massa atômica é
(valores arredondados). Isso ilustra completamente a definição.
Conclusão didática: a afirmação descreve exatamente o que é a massa atômica na tabela periódica. Portanto a ideia é correta.
Passo 3
Conceito de polarizabilidade: polarizabilidade é a facilidade com que a nuvem eletrônica de uma espécie pode ser distorcida por um campo elétrico externo. Quanto maior e mais difusa a nuvem eletrônica, mais fácil é distorcê-la (maior polarizabilidade).
Fatores que aumentam polarizabilidade:
- Raio maior (elétrons mais afastados do núcleo).
- Elétrons mais fracamente ligados (menor atração efetiva).
Comparação entre
e
:
-
tem muito mais elétrons e camadas ocupadas (íons de halogênios crescem muito ao descer o grupo), então sua nuvem eletrônica é muito mais extensa e menos firmemente ligada. -
é pequeno e tem nuvem eletrônica mais compacta e fortemente atraída pelo núcleo.
Logo,
é muito mais polarizável do que
.
Passo 4
Ordem de grandeza e significado:
- O raio atômico típico é da ordem de
(angström, ). - O raio nuclear típico é da ordem de
(femtômetro).
Comparação numérica:
Isto é, o átomo é cerca de
vezes maior que o núcleo em dimensão linear (e muito mais em volume). Portanto o tamanho do átomo NÃO é aproximadamente o tamanho do núcleo — o núcleo é apenas uma parcela minúscula do átomo.
Passo 5
Conceito de penetração do orbital: orbitais com menor momento angular
(s:
, p:
, d:
) têm menor barreira centrífuga e, em geral, maior amplitude da função de onda próxima ao núcleo. Em termos práticos, para um mesmo número quântico principal
vale a ordem de penetração
ou seja, orbitais
penetram mais próximo do núcleo que
, que por sua vez penetra mais que
.
Interpretação para a comparação pedida: um elétron em
tem, em média, MENOR probabilidade de ser encontrado perto do núcleo do que um elétron em
. Portanto a afirmação que dizia que
permite maior probabilidade próxima ao núcleo do que
está incorreta.
Racional físico simples: orbital
tem maior barreira centrífuga efetiva (
), empurrando densidade eletrônica para regiões mais externas, comparado a
.
Passo 6
Contexto e objetivo: quero avaliar se a constante de blindagem (denotada aqui por
) de um elétron em
é igual à de um elétron em
para o átomo de carbono no estado fundamental.
Configuração eletrônica do carbono no estado fundamental:
Regras de Slater (versão resumida, muito usada para estimar
):
- Para um elétron no grupo
: - Cada outro elétron no mesmo grupo (mesmo
) contribui com para . - Cada elétron no nível imediatamente abaixo (
) contribui com para . - Eletróns em níveis ainda mais internos contribuem com
(não aplicável aqui, porque só temos e ).
- Cada outro elétron no mesmo grupo (mesmo
Cálculo para um elétron
:
- Elétrons no mesmo nível
(excluindo o elétron considerado): existe outro e elétrons , total elétrons contribuição . - Elétrons em
: são elétrons contribuição . - Soma:
Cálculo para um elétron
:
- Elétrons no mesmo nível
(excluindo o elétron considerado): o conjunto é o mesmo (outros e somando elétrons) contribuição . - Elétrons em
: mesmos elétrons . - Soma:
Consequência para a carga nuclear efetiva estimada por Slater:
onde para carbono
, logo
(valor estimado por essa regra).
Interpretação didática: segundo a aproximação prática dada pelas Regras de Slater, a constante de blindagem para um elétron
é igual à de um elétron
no carbono. (Observação: na realidade quantificada por métodos mais precisos há pequenas diferenças devido à penetração diferente entre
e
, mas para propósitos gerais e para enunciados de prova a igualdade prevista por Slater é a resposta esperada.)
Passo 7
Definição: a carga nuclear efetiva sentida por um elétron é a carga nuclear total
menos o efeito de blindagem dos outros elétrons, ou seja
onde
depende do arranjo dos elétrons ao redor do núcleo (quantidade e distribuição).
Dependência do número de elétrons: se se altera o número de elétrons (por exemplo, removendo ou adicionando elétrons, mudando a ocupação de camadas), o valor de
muda, portanto
muda. Assim, a carga nuclear efetiva NÃO é independente do número de elétrons; ela depende explicitamente deles (mais elétrons internos maiores blindagem, menor
para elétrons externos).
Exemplo simples: comparar
e
: ao remover o elétron externo, a blindagem efetiva para elétrons restantes muda e cada elétron restante sente diferente
. Portanto a afirmação de independência está errada.
Passo 8
Conceito: eletronegatividade é a tendência de um átomo atrair elétrons numa ligação química. Na escala de Pauling (a mais comum), valores típicos:
Tendência periódica: eletronegatividade aumenta da esquerda para a direita ao longo de um período e aumenta de baixo para cima em um grupo. Flúor está no canto superior direito (maior), césio está no canto inferior esquerdo (muito baixa).
Conclusão: flúor tem muito maior eletronegatividade que césio. A afirmação é correta.
Resposta
(a) V
(b) V
(c) F
(d) F
(e) V
(f) F
(g) V
(b) V
(c) F
(d) F
(e) V
(f) F
(g) V