A primeira energia de ionização do cálcio é
, a segunda é
, e a terceira é
. (a) A que motivo você atribui a diferença entre primeira e segunda energias de ionização? (b) e entre a segunda e a terceira (mais de 4 vezes maior)?
Passo 1
O enunciado dá as três primeiras energias de ionização do cálcio e pede explicações sobre as diferenças observadas:
- Primeira energia de ionização:
. - Segunda energia de ionização:
. - Terceira energia de ionização:
.
Perguntas pedidas:
(a) A que motivo se atribui a diferença entre e
?
(b) A que motivo se atribui a grande diferença (mais de 4 vezes) entre e
?
(a) A que motivo se atribui a diferença entre
(b) A que motivo se atribui a grande diferença (mais de 4 vezes) entre
Passo 2
O que é energia de ionização (relembre como se interpreta no exame):
- A energia de ionização
é a energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro no estado gasoso, representada pela reação em mol:
e o valor numérico é dado em
.
- A energia de ionização
é a energia necessária para remover um segundo elétron da espécie já carregada positivamente:
e assim por diante. Em geral,
porque, ao remover elétrons, a carga positiva efetiva que segura os elétrons restantes aumenta.
Passo 3
Primeiro passo prático: saber a configuração eletrônica do cálcio e de seus íons (pegue isso como padrão na prova).
- O número atômico do cálcio é
. A configuração eletrônica do átomo neutro é
- Portanto os elétrons de valência (os mais fáceis de remover) são os dois do orbital
.
Passo 4
Explique por que
tem o valor que tem (remover o primeiro elétron):
- O primeiro elétron removido vem de um orbital de valência (
), que está mais afastado do núcleo e é fortemente protegido (blindado) pelos elétrons internos. Isso reduz a atração efetiva do núcleo sobre esse elétron. - Conceito útil: carga nuclear efetiva
pode ser pensada aproximadamente como
onde
é a constante de blindagem pelos elétrons internos. Quanto maior o blindagem, menor a atração e menor a energia de ionização.
- Assim,
reflete que estamos tirando um elétron de valência relativamente fraco (o primeiro ).
Passo 5
Explique por que
é maior que
:
- Depois de remover um elétron, o átomo fica com carga positiva (
). A mesma carga nuclear ( ) agora atrai um elétron a menos, logo a atração efetiva sobre os elétrons restantes aumenta. - Isso significa maior
para os elétrons restantes e, portanto, é mais difícil remover o segundo elétron. Por isso . - No caso numérico,
é aproximadamente o dobro de , mostrando o efeito do aumento da atração após a primeira remoção.
Passo 6
Cálculo rápido das razões para visualizar os saltos (útil em prova para identificar “grandes saltos”):
Esses números mostram que há um aumento moderado entre
e
(cerca de 2 vezes), mas um aumento muito grande entre
e
(mais de 4 vezes). Agora vamos interpretar por que o salto entre
e
é tão grande.
Passo 7
Explicação do grande salto entre
e
:
- Após remover dois elétrons de
(os dois do ), obtém-se o íon cuja configuração eletrônica é exatamente a do gás nobre argônio:
- Remover o terceiro elétron significa arrancar um elétron de uma camada interna, concretamente de um orbital
, que está muito mais próximo do núcleo e muito menos blindado do que os elétrons . - Além disso,
já tem uma configuração de gás nobre (muito estável). Quebrar essa configuração exige energia substancial porque os elétrons internos estão firmemente ligados pela forte carga efetiva do núcleo. - Resultado:
é muito maior que — exatamente o que se observa numericamente ( , um salto enorme) porque agora se está retirando um elétron de um nível interno com alta atração nuclear e estabilidade extra por ser configuração de gás nobre.
Passo 8
Resumo-passo prático para a prova (receita rápida que sempre funciona):
- Escreva a configuração eletrônica do átomo neutro.
- Veja de qual orbital sai o elétron ao calcular
— normalmente valência primeiro. - Compare magnitudes: um aumento gradual indica remoção de elétrons de valência sucessivos; um salto grande indica que se começou a remover elétrons de uma camada interna ou que se quebrou uma configuração estável (como de gás nobre).
- Conclua: para o cálcio, os dois primeiros
correspondem à remoção dos dois elétrons (valência); o terceiro corresponde à remoção de um elétron do núcleo tipo (camada interna/estrutura de gás nobre), daí o salto grande.
Resposta
(a) A diferença entre
e
deve-se ao fato de que o segundo elétron removido ainda é um elétron de valência (
), mas após a primeira remoção a carga positiva efetiva sobre os elétrons restantes aumenta, tornando mais difícil remover o segundo elétron (
).
(b) A grande diferença entre e
ocorre porque
exige a remoção de um elétron de uma camada interna (
) a partir do íon
, que tem configuração de gás nobre (
); arrancar um elétron de uma camada interna e romper a estabilidade do gás nobre requer muito mais energia, daí o salto de mais de 4 vezes.
(b) A grande diferença entre