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 \mathrm{I}^{-}é mais polarizável do que \mathrm{F}^{-}.
(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 \mathrm{I}^{-} é mais polarizável do que \mathrm{F}^{-}.
(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 2s 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.
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
\bar{M}=\sum_i f_i m_i,
onde m_i é a massa do isótopo i e f_i é sua fração natural ( \sum_i f_i=1).
Exemplo concreto (curto): para cloro, com abundâncias aproximadas de 75\% para {}^{35}\mathrm{Cl} e 25\% para {}^{37}\mathrm{Cl}, a massa atômica é \bar{M}=0,75\cdot35+0,25\cdot37=35,5 (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 \mathrm{I}^{-} e \mathrm{F}^{-}:
  • \mathrm{I}^{-} 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.
  • \mathrm{F}^{-} é pequeno e tem nuvem eletrônica mais compacta e fortemente atraída pelo núcleo.
Logo, \mathrm{I}^{-} é muito mais polarizável do que \mathrm{F}^{-}.

Passo 4

Ordem de grandeza e significado:
  • O raio atômico típico é da ordem de 10^{-10}\\ \mathrm{m} (angström, 1\\ \text{\AA}=10^{-10}\\ \mathrm{m}).
  • O raio nuclear típico é da ordem de 10^{-15}\\ \mathrm{m} (femtômetro).
Comparação numérica:
\frac{\text{tamanho atômico}}{\text{tamanho nuclear}}\sim\frac{10^{-10}}{10^{-15}}=10^{5}.ô
Isto é, o átomo é cerca de 10^{5} 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 l (s: l=0, p: l=1, d: l=2) 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 n vale a ordem de penetração
s>p>d>f,
ou seja, orbitais s penetram mais próximo do núcleo que p, que por sua vez penetra mais que d.
Interpretação para a comparação pedida: um elétron em 3d tem, em média, MENOR probabilidade de ser encontrado perto do núcleo do que um elétron em 3p. Portanto a afirmação que dizia que 3d permite maior probabilidade próxima ao núcleo do que 3p está incorreta.
Racional físico simples: orbital d tem maior barreira centrífuga efetiva ( \propto l(l+1)/r^{2}), empurrando densidade eletrônica para regiões mais externas, comparado a p.

Passo 6

Contexto e objetivo: quero avaliar se a constante de blindagem (denotada aqui por \sigma) de um elétron em 2s é igual à de um elétron em 2p para o átomo de carbono no estado fundamental.
Configuração eletrônica do carbono no estado fundamental:
\text{C: }1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{2}.
Regras de Slater (versão resumida, muito usada para estimar \sigma):
  • Para um elétron no grupo ns,np:
    • Cada outro elétron no mesmo grupo (mesmo n) contribui com 0{,}35 para \sigma.
    • Cada elétron no nível imediatamente abaixo ( n-1) contribui com 0{,}85 para \sigma.
    • Eletróns em níveis ainda mais internos contribuem com 1{,}00 (não aplicável aqui, porque só temos 1s e 2s/2p).
Cálculo para um elétron 2s:
  • Elétrons no mesmo nível n=2 (excluindo o elétron considerado): existe 1 outro 2s e 2 elétrons 2p, total 3 elétrons \Rightarrow contribuição 0{,}35\times3=1{,}05.
  • Elétrons em 1s: são 2 elétrons \Rightarrow contribuição 0{,}85\times2=1{,}70.
  • Soma: \sigma_{2s}=1{,}05+1{,}70=2{,}75.
Cálculo para um elétron 2p:
  • Elétrons no mesmo nível n=2 (excluindo o elétron considerado): o conjunto é o mesmo (outros 2s e 2p somando 3 elétrons) \Rightarrow contribuição 0{,}35\times3=1{,}05.
  • Elétrons em 1s: mesmos 2 elétrons \Rightarrow 1{,}70.
  • Soma: \sigma_{2p}=1{,}05+1{,}70=2{,}75.
Consequência para a carga nuclear efetiva estimada por Slater:
Z_{\text{eff}}=Z-\sigma,
onde para carbono Z=6, logo Z_{\text{eff}}(2s)=Z_{\text{eff}}(2p)=6-2{,}75=3{,}25 (valor estimado por essa regra).
Interpretação didática: segundo a aproximação prática dada pelas Regras de Slater, a constante de blindagem para um elétron 2s é igual à de um elétron 2p no carbono. (Observação: na realidade quantificada por métodos mais precisos há pequenas diferenças devido à penetração diferente entre 2s e 2p, 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 Z menos o efeito de blindagem dos outros elétrons, ou seja
Z_{\text{eff}}=Z-\sigma,
onde \sigma 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 \sigma muda, portanto Z_{\text{eff}} muda. Assim, a carga nuclear efetiva NÃO é independente do número de elétrons; ela depende explicitamente deles (mais elétrons internos maiores blindagem, menor Z_{\text{eff}} para elétrons externos).
Exemplo simples: comparar \mathrm{Na} e \mathrm{Na}^{+}: ao remover o elétron externo, a blindagem efetiva para elétrons restantes muda e cada elétron restante sente diferente Z_{\text{eff}}. 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:
\text{Pauling: } \text{F}\approx3{,}98,\qquad \text{Cs}\approx0{,}79.
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

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