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
(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
(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
puxando elétrons. A atração efetiva sobre os elétrons da camada externa é a carga nuclear efetiva ), que é, grosseiramente, a carga total menos a blindagem das camadas internas: ). Se ) 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), 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 ), enxofre ), cloro ).
- 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 ) (mais à esquerda), crômio ), cobalto ) (mais à direita).
- Regra geral no mesmo período: movimento para a direita tende a diminuir o raio por aumento de
. 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 ) período 4, cádmio ) período 5, mercúrio ) 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 ) e bismuto ) estão no mesmo grupo (15), fósforo ) 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
(b) titânio > crômio > cobalto
(c) cádmio > mercúrio > zinco
(d) bismuto > antimônio > fósforo