1- Ordene os átomos e íons a seguir em ordem decrescente de tamanho:
,
, e Ca. X
2- Coloque os íons
e
em ordem decrescente de tamanho.
3- Recorrendo de modo imaginário à tabela periódica, ordene os seguintes átomos em ordem crescente para o valor esperado para a primeira energia de ionização (
):
e K.
4- Escreva as configurações eletrônicas para os seguintes íons (a)
, (b)
.
5- Você esperaria que o óxido de alumínio seja: sólido, líquido ou gás à temperatura ambiente?. Escreva a equação química balanceada para a reação do óxido de alumínio com ácido clorídrico.
6- Escreva as equações balanceadas que determinam as reações do césio metálico com: (a)
.
3- Recorrendo de modo imaginário à tabela periódica, ordene os seguintes átomos em ordem crescente para o valor esperado para a primeira energia de ionização (
Passo 1
Vou organizar claramente o que cada item pede e quais espécies aparecem em cada item, para não nos perder no enunciado.
- Pede ordenar, em ordem decrescente de tamanho, as espécies:
, e . - Pede ordenar, em ordem decrescente de tamanho, os íons:
, , e . - Pede ordenar, em ordem crescente do valor da primeira energia de ionização
, os átomos: , , , e . - Pede escrever as configurações eletrônicas dos seguintes íons: (a)
e (b) . (Os números entre parênteses são os números atômicos.) - Pede que eu diga se o óxido de alumínio é sólido, líquido ou gás à temperatura ambiente e escreva a equação balanceada da reação do óxido de alumínio com ácido clorídrico.
- Pede as equações balanceadas para as reações do metal césio com: (a)
; (b) ; (c) .
Agora que sabemos exatamente o que é pedido para cada item, começo a resolver passo a passo, explicando toda a teoria necessária.
Passo 2
Conceitos essenciais sobre tamanhos atômicos/iónicos (aulas rápidas e práticas).
- Definição: o “tamanho” que usamos é tipicamente o raio iônico/atômico, que indica a distância efetiva entre o núcleo e os elétrons externos. Não existe um único valor absoluto fácil de medir, mas as tendências são bem definidas.
- Tendências periódicas úteis:
- Ao descer um grupo (mesma coluna), os átomos aumentam de tamanho porque adicionamos camadas eletrônicas (elétrons em níveis mais externos).
- Ao atravessar um período (da esquerda para a direita), o tamanho atômico geralmente diminui porque o número de prótons aumenta (maior carga nuclear efetiva), puxando os elétrons mais para perto.
- Para íons: quando um átomo perde elétrons (forma cátion), o raio diminui (menos elétrons e mesma ou maior carga nuclear efetiva por elétron). Quando ganha elétrons (ânion), o raio aumenta (maior repulsão entre elétrons e menor carga nuclear efetiva por elétron).
- Caso especial (isoeletrônicos): espécies com o mesmo número de elétrons (por ex.
têm todas 18 elétrons) — então, entre isoeletrônicos, quanto maior o número de prótons (maior carga nuclear), menor o raio.
Com isso na caixinha, aplicamos aos itens.
Passo 3
Resolução do item 1: ordenar
,
e
em ordem decrescente de tamanho.
- Primeiro, identifique quantos elétrons cada espécie tem e em que camada os elétrons externos estão:
-
(cálcio neutro), número atômico . Configuração externa termina em . Tem elétrons na quarta camada (nível ), portanto é maior que íons com elétrons apenas até . -
tem elétrons — configuração como gás nobre argônio, sem elétrons na camada , elétrons máximos em . -
tem elétrons — configuração como gás nobre néon, elétrons até (ou, visto qualitativamente, muito menos camadas ocupadas que Ca2+).
-
- Comparações:
- Entre
e : o cátion perdeu os elétrons da camada , portanto é muito menor que o átomo neutro . Logo . - Entre
e : tem mais elétrons e ocupação de nível mais alto ( completo) do que (que tem configuração de néon, elétrons até ). Além disso, possui número atômico e possui , mas isso deve ser interpretado com cuidado: como tem mais camadas ocupadas, ele tende a ser maior do que . Em termos simples: íons com mais níveis ocupados são maiores.
- Entre
- Conclusão: ordem decrescente (maior → menor) é
Passo 4
Resolução do item 2: ordenar
,
,
e
em ordem decrescente de tamanho.
- Observação importante: todas essas espécies têm o mesmo número de elétrons. Vou verificar:
-
: Z , elétrons . -
: Z , elétrons . -
: Z , elétrons . -
: Z , elétrons .
Então são isoeletrônicos (todos com 18 elétrons, mesma distribuição eletrônica como o argônio).
-
- Regra para isoeletrônicos: quanto maior o número de prótons (maior
), mais fortemente os elétrons são puxados para dentro -> menor raio. - Assim a ordem decrescente (do maior para o menor) é obtida ordenando por
crescente: (Obs.: controle — repara que pulei porque não há espécie com distinta aqui; a ideia é só comparar os dados acima.)
Passo 5
Resolução do item 3: ordenar
,
,
,
e
em ordem crescente de primeira energia de ionização
.
- Primeiro, definição e intuição: a primeira energia de ionização
é a energia necessária para remover o elétron mais fracamente ligado de um átomo neutro no estado gasoso. Tendências gerais: -
geralmente aumenta ao atravessar um período (da esquerda para direita) porque a carga nuclear efetiva aumenta — elétrons mais fortemente ligados. -
geralmente diminui ao descer um grupo (de cima para baixo) porque o elétron a remover está em nível mais externo e mais distante do núcleo (mais fácil remover). - Gases nobres (
) têm alta porque têm configuração estável; metais alcalinos ( ) têm baixa.
-
- Compare as espécies dadas:
-
é um metal alcalino do período 4 (grupo 1) — espera-se o menor entre os fornecidos. -
é metal alcalino do período 3 — sua é maior que a de (porque subir no grupo aumenta ). -
(fósforo) é um não-metal do período 3, à direita de na mesma linha; sua é maior que a de , mas menor que a dos gases nobres. -
(argônio) é gás nobre do período 3 — tem alta. -
(néon) é gás nobre do período 2 — por ser mais acima no grupo dos nobres, tem ainda maior que .
-
- Conclusão (ordem crescente: menor para maior):
Passo 6
Resolução do item 4: configurações eletrônicas de (a)
e (b)
, com explicação didática.
- Lembrete rápido de regras (Aufbau simplificado e perda/ganho de elétrons para íons):
- Para átomos neutros, preenchemos níveis na ordem
. - Para cátions formados por metais de valência
, normalmente os elétrons de saem antes dos de (por isso perde os dois elétrons ). - Para ânions, apenas adicionamos elétrons seguindo a ordem de preenchimento normal.
- Para átomos neutros, preenchemos níveis na ordem
- (a)
: - Átomo neutro
( ) tem configuração: . -
perde os dois elétrons , ficando com os 18 elétrons como o gás nobre argônio. Logo a configuração é:
- Átomo neutro
- (b)
: - Átomo neutro
( ) tem configuração: . -
ganha dois elétrons, completando o subnível (de para ), ficando com 18 elétrons também (configuração de argônio). Logo:
- Átomo neutro
- Observação pedagógica: Ambos os íons têm configuração eletrônica igual à do gás nobre
porque ambos alcançam 18 elétrons.
Passo 7
Resolução do item 5: estado físico do óxido de alumínio e equação com ácido clorídrico.
- Estado físico de
à temperatura ambiente: - O óxido de alumínio é uma substância iônica/cerâmica com uma rede cristalina muito estável (estrutura cristalina forte entre
e ). Essas ligações iônicas/covalentes na rede dão um material com alto ponto de fusão e muito rígido. - Portanto, à temperatura ambiente,
é sólido. (Dica de memória: “óxidos de metais de transição e de alumínio costumam ser cerâmicos e sólidos.”)
- O óxido de alumínio é uma substância iônica/cerâmica com uma rede cristalina muito estável (estrutura cristalina forte entre
- Reação com ácido clorídrico:
-
é anfótero (pode reagir com ácidos e bases). Com um ácido forte como HCl, o óxido reage formando o íon (como em solução) e água. - Escrever a equação e balancear: reagentes
e ; produtos e . - Balanceamento passo a passo mental:
- Começa com
. - Balancear Al: tem 2 Al no reagente, então precisamos de
no produto. - Agora Al balanceado:
. - Oxigênios:
traz 3 O, então precisamos de para ter 3 O no produto. - Agora água ajustada:
. - Hidrogênios: no produto temos
H, então precisamos de 6 HCl (cada HCl tem 1 H). Também o Cl: no produto temos Cl, e 6 HCl dá 6 Cl — ok. - Equação balanceada final:
- Começa com
-
Passo 8
Resolução do item 6: equações balanceadas para reações do césio metálico (
) com (a)
; (b)
(líquida); (c)
(gás). Vou explicar a química por trás e balancear.
- Conceitos rápidos de oxidação/remoção/adição:
- Metais alcalinos (grupo 1), como o césio, são muito reativos: tendem a perder seu elétron de valência
formando . A oxidação típica é . - Ao reagir com halogênios, formam haletos iônicos (ex.:
). - Ao reagir com água, formam hidróxido metálico e liberam hidrogênio gasoso.
- Com
gasoso, metais alcalinos podem formar hidretos (compostos contendo ), em geral por reação direta com sob condições apropriadas, formando . Isso é uma reação redox onde o hidrogênio é reduzido a hidreto. Normalmente requer calor/condições, mas quimicamente a equação é válida e pedida.
- Metais alcalinos (grupo 1), como o césio, são muito reativos: tendem a perder seu elétron de valência
- (a) Com
: - Reação típica: forma o sal iônico
. Balanceando:
Explicação: cada átomo de fornece duas (átomos) de cloro para dois átomos de césio que formam . - Reação típica: forma o sal iônico
- (b) Com
: - Reação típica dos metais alcalinos com água: formam hidróxido hídrico e liberam
. Para balancear (forma e ):
Explicação: cada Cs doa um elétron para reduzir prótons da água formando , e os íons formam . - Reação típica dos metais alcalinos com água: formam hidróxido hídrico e liberam
- (c) Com
: - Formação de hidreto metálico (composto iônico
). A equação balanceada é:
Observação: na prática, a formação de hidreto pode exigir aquecimento ou condições especiais, mas a equação química escrita é a que descreve o produto esperado (hidreto de césio). - Formação de hidreto metálico (composto iônico
Resposta
-
-
-
-
(a)
(b) -
Sólido.
-
(a)
(b)
(c)