Organize os elementos dos seguintes conjuntos na ordem decrescente do raio atômico: (a) enxofre, cloro, silício, (b) cobalto, titânio e crômio, (c) zinco, mercúrio, cádmio, (d) antimônio, bismuto, fósforo.

Passo 1

O exercício pede que, para cada subconjunto dado, eu organize os elementos na ordem decrescente do raio atômico (ou seja: do maior raio para o menor raio). Os subconjuntos são:
(a) enxofre, cloro, silício
(b) cobalto, titânio, crômio
(c) zinco, mercúrio, cádmio
(d) antimônio, bismuto, fósforo
Informações relevantes que temos que usar (fornecidas implicitamente pelo enunciado — os próprios elementos):
  • Para cada elemento eu vou usar o seu número atômico Z (apenas para localizar na tabela periódica) e a posição na tabela periódica (período e grupo). Não preciso de valores experimentais precisos, uso as tendências periódicas para ordenar.

Passo 2

Conceito básico e regra prática que vamos usar (aula rápida e direta, como prometi):
  • O raio atômico costuma aumentar ao descer um mesmo grupo (mesma coluna) da tabela periódica, porque adicionamos camadas eletrônicas -> elétrons mais externos ficam mais longe do núcleo. Em palavras: “pra baixo = maior”.
  • O raio atômico costuma diminuir ao caminhar da esquerda para a direita num mesmo período, porque o núcleo atrai mais fortemente os elétrons (maior carga positiva efetiva) sem aumento proporcional do blindagem. Em palavras: “pra direita = menor”.
  • Para metais de transição e elementos pesados há efeitos adicionais: preenchimento de elétrons d reduz ligeiramente o raio ao atravessar a série 3d (contração d), e para elementos muito pesados existe contração relativística (por exemplo em Hg) que pode tornar o átomo menor do que se esperaria apenas por subir de período. Vou aplicar essas ideias caso a caso, explicando por que escolho uma ordem.

Passo 3

Explico rapidinho o porquê físico dessa tendência (sem formulas pesadas, só intuição útil):
  • Pense no núcleo com carga Z puxando elétrons. A atração efetiva sobre os elétrons da camada externa é a carga nuclear efetiva \(Z_{\text{eff}}), que é, grosseiramente, a carga total Z menos a blindagem S das camadas internas: \(Z_{\text{eff}}\approx Z-S). Se \(Z_{\text{eff}) aumenta ao mover-se para a direita no período, os elétrons externos são puxados mais para perto -> raio menor. Se adicionamos uma camada (descemos o grupo), S aumenta e os elétrons externos ficam mais longe -> raio maior.
  • É essa filosofia que usamos para comparar dois elementos sem precisar de uma medida experimental exata.

Passo 4

Elementos: enxofre, cloro, silício.
  • Localização na tabela: todos estão no mesmo período (3): silício \(Z=14), enxofre \(Z=16), cloro \(Z=17).
  • Como estão no mesmo período, aplicamos a regra “esquerda → direita: raio diminui”. Silício está mais à esquerda que enxofre e cloro, então silício tem maior raio; enxofre está à esquerda do cloro, então enxofre maior que cloro.
  • Ordem decrescente (maior → menor): silício, enxofre, cloro.

Passo 5

Elementos: cobalto, titânio, crômio.
  • Localização: todos na mesma série de transição (período 4): titânio \(Z=22) (mais à esquerda), crômio \(Z=24), cobalto \(Z=27) (mais à direita).
  • Regra geral no mesmo período: movimento para a direita tende a diminuir o raio por aumento de Z_{\text{eff}}. Nas séries 3d há uma contração gradual por preenchimento de elétrons d, então o raio diminui com o deslocamento para a direita, mesmo que a variação seja mais suave do que nos elementos principais.
  • Portanto, espera-se que titânio tenha maior raio, depois cromo, depois cobalto (titânio > cromo > cobalto). Isso é consistente com tabelas experimentais de raios atômicos.
  • Ordem decrescente: titânio, crômio, cobalto.

Passo 6

Elementos: zinco, mercúrio, cádmio.
  • Localização: todos do grupo 12. Zinco \(Z=30) período 4, cádmio \(Z=48) período 5, mercúrio \(Z=80) período 6. Em princípio, descer o grupo aumenta o raio (portanto esperaria-se Zn < Cd < Hg).
  • Porém: em elementos muito pesados (como mercúrio) atua a contração relativística, que faz os elétrons mais internos moverem-se a velocidades relativísticas e reduzirem ligeiramente o tamanho efetivo do átomo. Isso faz com que o mercúrio seja um pouco menor do que a extrapolação simples sugeriria. Na prática experimental e nas tabelas comuns: cádmio tem raio atômico maior que mercúrio, e ambos são maiores que zinco. Assim a ordem correta decrescente (maior → menor) é: cádmio, mercúrio, zinco.
  • Ordem decrescente: cádmio, mercúrio, zinco.

Passo 7

Elementos: antimônio, bismuto, fósforo.
  • Localização: antimônio \(Z=51) e bismuto \(Z=83) estão no mesmo grupo (15), fósforo \(Z=15) está no mesmo grupo também, mas em período 3. Ou seja, fósforo é o mais alto (menor período), antimônio no meio e bismuto mais abaixo.
  • Regra do grupo: descendo no grupo o raio aumenta. Não há efeito relativístico forte o bastante para inverter totalmente a ordem entre Sb e Bi; então bismuto é maior que antimônio, que é maior que fósforo.
  • Ordem decrescente: bismuto, antimônio, fósforo.

Resposta

(a) silício > enxofre > cloro
(b) titânio > crômio > cobalto
(c) cádmio > mercúrio > zinco
(d) bismuto > antimônio > fósforo

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