Responda:
Baseado nas tendências da tabela periódica, determine qual dos átomos, \mathrm{B}, \mathrm{A} \ell, \mathrm{C} ou Si, tem menor primeira energia de ionização e qual tem a maior.

Passo 1

O enunciado pede: entre os átomos \mathrm{B}, \mathrm{Al}, \mathrm{C} e \mathrm{Si} determinar qual tem a menor primeira energia de ionização e qual tem a maior.
Informações dadas (implícitas nos símbolos dos elementos): os átomos são \mathrm{B} (boro), \mathrm{C} (carbono), \mathrm{Al} (alumínio) e \mathrm{Si} (silício). Para facilitar a comparação, seus números atômicos são: \mathrm{B}(5), \mathrm{C}(6), \mathrm{Al}(13) e \mathrm{Si}(14).

Passo 2

O que é a primeira energia de ionização?
Definição: a primeira energia de ionização, I_1, é a energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro no estado gasoso. Escrevemos a reação assim:
\mathrm{X(g)} \longrightarrow \mathrm{X^+(g)} + e^-,
e I_1 é a energia absorbida nesse processo. Em palavras simples: quanto mais fortemente o elétron está preso ao núcleo, maior é I_1.

Passo 3

Quais fatores influenciam I_1? Vou explicar de um jeito direto e sem jargão:
  • Carga nuclear efetiva, \;Z_{\text{eff}}: é a “carga positiva sentida” pelos elétrons de valência depois que os outros elétrons fazem um bloqueio (blindagem). Quanto maior \;Z_{\text{eff}}, mais forte o núcleo puxa os elétrons, e maior I_1.
  • Número quântico principal da camada de valência, \;n: elétrons em camadas com n maior estão, em média, mais longe do núcleo e menos ligados; portanto, para níveis mais altos n, I_1 tende a ser menor.
  • Blindagem (shielding): elétrons internos reduzem a atração efetiva sobre os elétrons de valência; mais blindagem → menor Z_{\text{eff}} percebida → menor I_1.
Uma forma simples de pensar quantitativamente (apenas qualitativa para a prova) é: a força de atração aproxima-se de algo proporcional a \dfrac{Z_{\text{eff}}}{n^2}. Não precisa decorar isso, mas ajuda a entender porque aumentar Z_{\text{eff}} aumenta I_1 e aumentar n diminui I_1.

Passo 4

Tendências periódicas importantes (que usamos para comparar):
  • Ao percorrer um período da esquerda para a direita (mesma linha da tabela), \;Z_{\text{eff}} aumenta enquanto n é o mesmo → I_1 geralmente aumenta.
  • Ao descer numa família (coluna/grupo), n aumenta (elétrons mais externos em camadas maiores) e a blindagem aumenta → I_1 geralmente diminui.
Essas são as regras que vamos aplicar aos quatro átomos.

Passo 5

Vamos olhar as configurações eletrônicas (isso ajuda a ver a camada de valência e o n):
\mathrm{B}: 1s^2\,2s^2\,2p^1
\mathrm{C}: 1s^2\,2s^2\,2p^2
\mathrm{Al}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1
\mathrm{Si}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^2
Observações imediatas: \mathrm{B} e \mathrm{C} têm elétrons de valência com n=2 (mesma camada); \mathrm{Al} e \mathrm{Si} têm valência com n=3. Pela regra de descida de grupo, os elementos com n=3 (Al, Si) tendem a ter I_1 menores que os de n=2 (B, C), tudo o mais igual.

Passo 6

Comparações diretas usando as tendências:
  • Entre \mathrm{B} e \mathrm{C} (mesmo período, n=2): indo da esquerda para a direita I_1 aumenta → \mathrm{C} tem maior I_1 que \mathrm{B}. Logo \mathrm{C}>\mathrm{B}.
  • Entre \mathrm{Al} e \mathrm{Si} (mesmo período, n=3): indo para a direita, I_1 aumenta → \mathrm{Si}>\mathrm{Al}.
  • Comparando períodos: qualquer elemento em n=2 tende a ter maior I_1 que o correspondente em n=3 na mesma coluna, ou seja, \mathrm{B}>\mathrm{Al} e \mathrm{C}>\mathrm{Si}.
    Juntando tudo: \mathrm{C} é o mais à direita e está no período mais alto entre os quatro, então tende a ter a maior I_1. \mathrm{Al} é o mais à esquerda e está em n=3, então tende a ter a menor I_1.

Passo 7

Resumo lógico final:
  • Maior primeira energia de ionização: \mathrm{C} (carbono). Explicação curta: está em n=2 e está mais à direita que \mathrm{B}, logo \;Z_{\text{eff}} maior e elétrons de valência mais firmes.
  • Menor primeira energia de ionização: \mathrm{Al} (alumínio). Explicação curta: está em n=3 (elétrons mais afastados) e é mais à esquerda que \mathrm{Si}, logo o elétron de valência é o mais fracamente ligado entre os quatro.

Resposta

Menor: \mathrm{Al}
Maior: \mathrm{C}

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