Ordenar os átomos de boro, carbono, alumínio e silício em ordem crescente de tamanho. Justificar respostas.

Passo 1

O que o exercício pede: ordenar os átomos de \mathrm{B}, \mathrm{C}, \mathrm{Al} e \mathrm{Si} em ordem crescente de tamanho (do menor para o maior) e justificar por que essa ordem é correta.
Informações dadas (implícitas no enunciado e que usaremos):
  • Os átomos a comparar são \mathrm{B}, \mathrm{C}, \mathrm{Al} e \mathrm{Si}.
  • Precisamos decidir a ordem segundo o “tamanho atômico” (raio atômico), considerando as posições desses elementos na tabela periódica.

Passo 2

Posição desses elementos na tabela periódica (dados importantes para justificar):
  • \mathrm{B} e \mathrm{C} pertencem ao mesmo período: período 2. Especificamente Z(\mathrm{B})=5 e Z(\mathrm{C})=6.
  • \mathrm{Al} e \mathrm{Si} pertencem ao mesmo período: período 3. Especificamente Z(\mathrm{Al})=13 e Z(\mathrm{Si})=14.
Esses dados são úteis porque as tendências de tamanho atômico dependem de qual período (linha) e qual grupo (coluna) o elemento está.

Passo 3

O que entendemos por “tamanho atômico” (conceito que vamos usar):
  • Por “tamanho atômico” entendemos aqui o raio atômico (ou raio covalente, para átomo ligado), isto é, uma medida de quão “grande” é a nuvem eletrônica do átomo.
  • Fatores que determinam esse tamanho:
    1. Número de camadas eletrônicas (níveis de energia): mais camadas geralmente significa átomo maior.
    2. Carga nuclear efetiva ( Z_\text{efetiva}): quanto maior a atração líquida do núcleo sobre os elétrons externos, mais os elétrons são puxados para perto e menor é o raio.
    3. Blindagem (shielding): elétrons internos reduzem a atração do núcleo sobre os elétrons de valência, aumentando o tamanho.

Passo 4

Tendências gerais da tabela periódica que usaremos (aulas rápidas):
  • Ao longo de um período (da esquerda para a direita): o raio atômico tende a diminuir. Por quê? Porque ao movermos para a direita aumentamos o número atômico Z (mais prótons) sem aumentar significativamente a blindagem; a carga nuclear efetiva Z_\text{efetiva} aumenta e puxa os elétrons para mais perto.
  • Ao descer um grupo (de cima para baixo): o raio atômico aumenta. Por quê? Porque acrescenta-se um nível eletrônico (uma camada) a mais, o que coloca os elétrons de valência mais afastados do núcleo, apesar do aumento de prótons.

Passo 5

Aplicando as tendências aos pares do exercício:
  • Comparando \mathrm{B} e \mathrm{C} (mesmo período 2): ao ir da esquerda para a direita em um período o raio diminui, então \text{raio}(\mathrm{C}) < \text{raio}(\mathrm{B}).Intuição: Z(\mathrm{C})=6 puxa mais os elétrons do que Z(\mathrm{B})=5.
  • Comparando \mathrm{Al} e \mathrm{Si} (mesmo período 3): seguindo a mesma regra, da esquerda para a direita o raio diminui, então \text{raio}(\mathrm{Si}) < \text{raio}(\mathrm{Al}).Intuição: Z(\mathrm{Si})=14 puxa mais que Z(\mathrm{Al})=13.
  • Comparando elementos de períodos diferentes (por exemplo \mathrm{B} vs \mathrm{Si}): como os elementos do período 3 têm uma camada a mais que os do período 2, espera-se que \text{raio}(\text{período }3) > \text{raio}(\text{período }2),íílogo tanto \mathrm{Si} quanto \mathrm{Al} tendem a ser maiores que \mathrm{B} e \mathrm{C}.

Passo 6

Juntando todas as comparações para montar a ordem:
  • Da comparação dentro do período 2: \mathrm{C} é menor que \mathrm{B}.
  • Da comparação dentro do período 3: \mathrm{Si} é menor que \mathrm{Al}.
  • Comparando períodos: os do período 3 ( \mathrm{Si},\mathrm{Al} ) são maiores que os do período 2 ( \mathrm{B},\mathrm{C} ).
Combinando:
  • O menor será \mathrm{C} (menor do período 2),
  • em seguida \mathrm{B},
  • em seguida vem \mathrm{Si} (menor do período 3),
  • por fim \mathrm{Al} (maior do período 3).

Passo 7

Resumo final da justificativa curta e direta (para decorar na prova):
  • Regra 1: em um período, tamanho diminui da esquerda para a direita por aumento de Z_\text{efetiva}.
  • Regra 2: em um grupo, tamanho aumenta de cima para baixo por aumento do número de camadas.
  • Aplicando essas regras aos pares e aos períodos, obtemos a ordem buscada.

Resposta

\mathrm{C} < \mathrm{B} < \mathrm{Si} < \mathrm{Al}

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