Questão 10. Como o tamanho de um átomo é afetado quando ele forma um cátion ou um ânion? Justifique com base nos conceitos de repulsão elétron-elétron e Zef.
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Explicar como o tamanho (raio) de um átomo muda quando ele forma um cátion ou um ânion.
- Justificar essa mudança usando os conceitos de repulsão elétron–elétron e de
.
Informações relevantes fornecidas (implícitas no enunciado):
- Forma-se um cátion quando um átomo perde elétrons.
- Forma-se um ânion quando um átomo ganha elétrons.
- Deve-se relacionar essas mudanças com repulsões entre elétrons e com o conceito de carga nuclear efetiva
.
Passo 2
O que entendemos por “tamanho do átomo” (breve aula):
- O “tamanho” costuma ser medido por raio atômico ou raio iônico. Esses raios são medidas convencionais do quão longe, em média, estão os elétrons mais externos do núcleo.
- Em termos práticos de prova, pensar em “maior” ou “menor” significa: os elétrons de valência ficam, em média, mais afastados ou mais próximos do núcleo.
Passo 3
O que acontece quando o átomo perde ou ganha elétrons (definição e consequência imediata):
- Cátion: perda de um ou mais elétrons. O número de prótons
no núcleo não muda, mas o número de elétrons diminui. - Ânion: ganho de um ou mais elétrons. O número de prótons
não muda, mas o número de elétrons aumenta. - Essas mudanças no número de elétrons alteram a distribuição eletrônica e, portanto, as forças elétricas que mantêm os elétrons a certas distâncias do núcleo.
Passo 4
Conceito de carga nuclear efetiva
(mini-aula com fórmula):
- A carga nuclear efetiva é uma maneira de quantificar a atração média que o núcleo exerce sobre um elétron externo, levando em conta o blindamento por outros elétrons.
- Uma fórmula simples e útil para raciocínio qualitativo é
onde:
-
é a carga nuclear total (número de prótons), -
é a constante de blindagem (screening) que representa quanto os outros elétrons “bloqueiam” a atração do núcleo. - Interpretação: maior
significa que cada elétron sente uma atração nuclear líquida maior e, portanto, tende a ficar mais próximo do núcleo; menor significa atração líquida menor e elétrons mais afastados.
Passo 5
Repulsão elétron–elétron (mini-aula e efeito físico):
- Elétrons têm cargas negativas; portanto, entre si há repulsão coulombiana. Quanto mais elétrons houver no mesmo átomo (especialmente na mesma camada), maior a tendência deles a se afastarem uns dos outros por essa repulsão.
- A repulsão elétron–elétron “expande” a nuvem eletrônica: adicionando elétrons, essas repulsões aumentam e empurram os elétrons para mais longe do núcleo; removendo elétrons, essas repulsões diminuem e a nuvem pode contrair.
Passo 6
Juntando
e repulsão para entender o efeito sobre o raio
- Ao formar um cátion:
- O número de elétrons diminui (mesmo
), então geralmente diminui ou deixa de ter elétrons que contribuíam fortemente para repulsão. Assim, por elétron aumenta (porque é o mesmo e caiu), e a repulsão elétron–elétron também diminui. - Resultado físico: os elétrons remanescentes sentem maior atração líquida para o núcleo e menos empurrão de outros elétrons, de modo que a nuvem eletrônica encolhe.
- O número de elétrons diminui (mesmo
- Ao formar um ânion:
- O número de elétrons aumenta (mesmo
), então efetivo por elétron aumenta e a atração líquida média por elétron diminui, enquanto as repulsões elétron–elétron aumentam. - Resultado físico: os elétrons sentem menor atração líquida e mais empuxo dos outros elétrons, de modo que a nuvem eletrônica se expande.
- O número de elétrons aumenta (mesmo
Passo 7
Exemplo prático (isoelectrônicos) para fixar a ideia
- Considere a série isoelectrônica com 10 elétrons:
. - Nessa série o número de elétrons é igual para todos; a diferença é
. Números de prótons: . - Como
aumenta ao longo da série, aumenta e a atração sobre os mesmos 10 elétrons fica maior, portanto os raios diminuem. A ordem de raios (do maior para o menor) é:
- Esse exemplo ilustra bem que, para o mesmo número de elétrons, mais prótons (maior
) implicam menor raio; e, quando se adiciona elétrons (ânion) a um átomo com mesmo , o efeito é o oposto.
Passo 8
Dicas rápidas para a prova (como raciocinar em pouco tempo)
- Verifique se o átomo perdeu ou ganhou elétrons:
- Perdeu → pensar em redução de repulsão + aumento de
→ nuvem encolhe. - Ganhou → pensar em aumento de repulsão + redução de
por elétron → nuvem expande.
- Perdeu → pensar em redução de repulsão + aumento de
- Atenção a casos em que se remove uma camada inteira de valência (ex.:
→ ): aí a diminuição do raio costuma ser especialmente grande porque se perde uma camada eletrônica inteira. - Use a ideia de séries isoeletrônicas quando for comparar íons com mesmo número de elétrons: maior carga nuclear → menor raio.
Resposta
Ao formar um cátion: o tamanho diminui.
Ao formar um ânion: o tamanho aumenta.
Ao formar um ânion: o tamanho aumenta.