Qual a relação entre tamanho de um átomo, carga nuclear efetiva e suas energias de ionização Geralmente, a primeira energia de ionizaçāo de um período cresce da esquerda para a direita com o aumento do número atômico. Por quê? (c) Explique por que a energia de ionizaçāo do Nitrogênio é maior que a energia de ionização do Oxigênio. (d) Por que a segunda energia de ionizaçāo de qualquer átomo é maior do que a primeira?
Passo 1
O enunciado pede para explorar a relação entre o tamanho atômico, a carga nuclear efetiva e as energias de ionização, e em particular:
- Por que a primeira energia de ionização num mesmo período cresce da esquerda para a direita?
- (c) Por que a energia de ionização do nitrogênio é maior que a do oxigênio?
- (d) Por que a segunda energia de ionização de um átomo é sempre maior que a primeira?
O conteúdo envolve tendências periódicas, definição de carga nuclear efetiva, raio atômico e estabilidade de configurações eletrônicas.
Passo 2
Definimos:
– O raio atômico é a distância aproximada entre o núcleo e o elétron de valência.
– A carga nuclear efetiva é a atração líquida que um elétron de valência “sente” do núcleo, dada aproximadamente por
– O raio atômico
– A carga nuclear efetiva
onde
é o número de prótons e
é a blindagem fornecida pelos elétrons internos.
– A energia de ionização é a energia necessária para arrancar um elétron do átomo no estado gasoso.
Pelo modelo de Coulomb, a ordem de grandeza de pode ser associada a
– A energia de ionização
Pelo modelo de Coulomb, a ordem de grandeza de
Logo, quanto maior
e menor
, maior a energia de ionização.
Passo 3
Ao percorrer um período da esquerda para a direita:
- O número de prótons
aumenta em cada passo. - A blindagem
(de elétrons internos) praticamente não muda, pois vamos preenchendo a mesma camada. - Logo,
aumenta. - Esse aumento de
atrai mais fortemente os elétrons de valência, reduzindo o raio atômico . - Como
, a primeira energia de ionização cresce da esquerda para a direita.
Passo 4
(c) Por que
?
– Configurações: (meio preenchido em
)
(um par de elétrons no mesmo orbital
)
– Um subnível meio cheio é particularmente estável por minimizar repulsões eletrônicas (prazo de Hund).
– Em , o elétron extra fica emparelhado num orbital
, aumentando a repulsão elétron-elétron e tornando mais fácil arrancar um deles.
Portanto, mesmo com de oxigênio maior, a menor repulsão interna em nitrogênio faz
.
– Configurações:
– Um subnível
– Em
Portanto, mesmo com
Passo 5
(d) Por que
?
– Quando removemos o primeiro elétron, formamos um cátion .
– Nesse cátion, há menos blindagem e os elétrons remanescentes ficam mais próximos do núcleo (raio reduzido) e “sentem” uma carga efetiva maior.
– Assim, arrancar um segundo elétron exige energia ainda maior, logo .
– Quando removemos o primeiro elétron, formamos um cátion
– Nesse cátion, há menos blindagem e os elétrons remanescentes ficam mais próximos do núcleo (raio reduzido) e “sentem” uma carga efetiva maior.
– Assim, arrancar um segundo elétron exige energia ainda maior, logo
Resposta
(a) A energia de ionização cresce quando
aumenta e o raio atômico diminui, pois
.
(b) Num mesmo período, aumenta sem mudança significativa na blindagem, elevando
, reduzindo
e assim aumentando
.
(c) porque
tem subnível
meio cheio (mais estável, menos repulsão) e em
há emparelhamento extra que facilita remoção.
(d) A segunda energia de ionização é maior que a primeira porque, após o primeiro elétron removido, o cátion resultante atrai mais fortemente os elétrons remanescentes, exigindo mais energia para retirá-los.
(b) Num mesmo período,
(c)
(d) A segunda energia de ionização é maior que a primeira porque, após o primeiro elétron removido, o cátion resultante atrai mais fortemente os elétrons remanescentes, exigindo mais energia para retirá-los.