Ordenar os íons \mathrm{Mg}^{2+} \mathrm{e} \mathrm{Ca}^{2+} em ordem decrescente de tamanho. Justificar respostas.

Passo 1

O enunciado pede para ordenar os íons \mathrm{Mg}^{2+} e \mathrm{Ca}^{2+} em ordem decrescente de tamanho e justificar a resposta.
Informações dadas (explicitamente): os dois íons são cátions com carga +2.
Informações implícitas que podemos usar: ambos pertencem ao mesmo grupo da Tabela Periódica (metais alcalino-terrosos) e vêm de átomos neutros diferentes ( \mathrm{Mg} e \mathrm{Ca}).

Passo 2

Entender o que significa “tamanho” aqui: normalmente em química inorgânica comparamos raios iônicos (distância média entre o centro do íon e os elétrons externos). O raio iônico tende a:
  • aumentar quando subimos na mesma coluna? Na verdade não — aumenta ao descer a coluna (quanto maior o número quântico principal dos elétrons externos, maior o raio);
  • para íons com mesma carga e diferentes níveis eletrônicos, o número de camadas eletrônicas (n) é determinante: maior n → elétrons mais afastados do núcleo → raio maior.

Passo 3

Localização na Tabela Periódica e configuração eletrônica simplificada:
  • O magnésio neutro tem número atômico Z=12; \mathrm{Mg}^{2+} tem configuração de gás nobre [ \mathrm{Ne} ], ou seja, seus elétrons ocupam até n=2.
  • O cálcio neutro tem número atômico Z=20; \mathrm{Ca}^{2+} tem configuração [ \mathrm{Ar} ], ou seja, seus elétrons ocupam até n=3.
Portanto, os elétrons de valência (ou a camada externa efetiva) em \mathrm{Mg}^{2+} estão no nível n=2, enquanto em \mathrm{Ca}^{2+} estão no nível n=3.

Passo 4

Explicação física didática (sem pular etapas): por que o nível n importa tanto?
  • Cada nível principal n corresponde a uma “camada” eletrônica mais afastada do núcleo. Mesmo que haja maior carga nuclear efetiva em átomos mais pesados, um elétron no nível n=3 fica, em média, mais distante do núcleo do que um elétron no nível n=2.
  • A carga positiva do íon (a perda de elétrons) faz com que o raio diminua em relação ao átomo neutro, mas não altera o fato de que ter uma camada adicional (nível n maior) dá um raio maior quando comparamos íons da mesma carga em diferentes linhas da tabela.

Passo 5

Comparando diretamente:
  • \mathrm{Mg}^{2+}: elétrons até n=2 → menor distância média ao núcleo.
  • \mathrm{Ca}^{2+}: elétrons até n=3 → maior distância média ao núcleo.
Logo, mesmo tendo a mesma carga +2, \mathrm{Ca}^{2+} tem maior raio iônico que \mathrm{Mg}^{2+}.

Passo 6

Exemplo numérico (opcional, para fixar): valores típicos de raios iônicos em coordenação VI são aproximadamente \mathrm{Mg}^{2+}\approx 0,72\\ \text{\AA} e \mathrm{Ca}^{2+}\approx 1,00\\ \text{\AA}. Esses números confirmam a conclusão qualitativa anterior (mas na prova você normalmente justifica sem decorar números).

Passo 7

Conclusão clara sobre a ordem decrescente de tamanho: o maior é \mathrm{Ca}^{2+} e o menor é \mathrm{Mg}^{2+}. Vou repetir isso de forma direta na resposta final.

Resposta

\mathrm{Ca}^{2+} > \mathrm{Mg}^{2+}

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