Questão 7. A energia de ionização é parâmetro importante para se compreender as propriedades dos elementos químicos.
Dados os valores da
energia de ionização
, e
, associe o valor correspondente a cada um dos elementos cálcio, gálio e germânio. Explique a correspondência escolhida.
Dados os valores da
Passo 1
O enunciado dá três valores da primeira energia de ionização e pede que eu associe cada valor a um dos elementos cálcio, gálio e germânio. Os dados fornecidos são:
- Valores:
, e . - Elementos a associar: cálcio, gálio e germânio.
O que é pedido: atribuir cada um dos três valores ao elemento correspondente e explicar por que cada valor pertence a esse elemento.
Passo 2
O que é primeira energia de ionização (definição didática): a primeira energia de ionização é a energia necessária para retirar um elétron de um átomo isolado no estado gasoso, formando um íon positivo com carga
. Em símbolos:
- Unidade comum: aqui está em
(elétron-volt). - Intuição: quanto mais fortemente o elétron está ligado ao núcleo (maior atração efetiva), maior a
; quanto mais distante/mas protegido por outros elétrons, menor a .
Passo 3
Tendências periódicas importantes (explicadas de forma simples):
- Ao percorrer um período da esquerda para a direita (mesma linha), a carga nuclear efetiva aumenta (mais prótons) e em geral a
aumenta — os elétrons são atraídos mais fortemente. - Ao descer um grupo (mesma coluna), o raio atômico aumenta e há maior blindagem pelos elétrons internos, logo a
tende a diminuir. - Existem exceções causadas pela configuração eletrônica (subníveis
), penetração e blindagem de elétrons e . Em particular, elétrons em orbital são, em média, menos penetrantes (mais afastados) que em orbital da mesma camada, então um elétron pode ser removido mais facilmente que um elétron “da mesma camada” apesar do aumento do número atômico.
Passo 4
Identificar posição e configuração eletrônica (dados essenciais):
- Cálcio (
): número atômico . Configuração eletrônica: . - Gálio (
): número atômico . Configuração eletrônica: . - Germânio (
): número atômico . Configuração eletrônica: .
Observação prática: cálcio está no mesmo período dos dois outros (período 4), mas em grupo muito à esquerda (grupo 2). Gálio e germânio estão mais à direita no mesmo período (grupos 13 e 14, respectivamente).
Passo 5
Usando as tendências para ordenar as energias esperadas:
- Entre
e : como está à direita de no mesmo período e tem maior carga nuclear efetiva, espera-se . Assim o maior valor disponível ( ) é compatível com . - Comparando
e : em princípio, movendo-se da esquerda (Ca) para a direita (Ga) a deveria aumentar. Porém há um detalhe: o elétron removido em é um elétron , enquanto em é, na primeira ionização, um elétron . Elétrons têm menor penetração e ficam, em média, mais afastados do núcleo que elétrons da mesma camada, o que tende a tornar a remoção de um elétron relativamente mais fácil (isto é, menor). Além disso, a presença dos elétrons em modifica a blindagem, mas o efeito combinado resulta em uma de ligeiramente menor que a de na prática experimental. - Conclusão qualitativa:
é claramente a maior ( ); entre os dois valores restantes ( e ), o valor um pouco maior ( ) corresponde a e o menor ( ) corresponde a .
Passo 6
Resumo numérico com a atribuição e uma frase de justificativa curta para cada uma:
- Germânio:
, pois é o mais à direita (maior carga nuclear efetiva) e seus elétrons estão mais fortemente ligados que em gálio. - Cálcio:
, pois o elétron removido é um relativamente penetrante e preso com energia ligeiramente maior que o elétron de gálio. - Gálio:
, pois sua primeira remoção envolve o elétron , que é, em média, mais fácil de remover do que o elétron do cálcio, resultando no menor dos três valores dados.
Resposta
Cálcio:
Gálio:
Germânio:
Gálio:
Germânio: