Responda a cada uma das seguintes questões com as respectivas justificativas:
Qual tem a maior energia de ionização:
ou As ?
Qual tem a maior energia de ionização:
Passo 1
O enunciado pede que eu escolha, entre os átomos
,
e
, qual possui a maior energia de ionização, e que eu justifique a resposta.
Informações relevantes fornecidas (implícitas no enunciado):
Informações relevantes fornecidas (implícitas no enunciado):
- Os átomos são:
(nitrogênio), (fósforo) e (arsênico). - Vou usar propriedades periódicas e configurações eletrônicas para justificar a escolha.
Dados que vou utilizar (valores padrão da tabela periódica que ajudam na comparação): números atômicos e configurações eletrônicas:
Passo 2
Definição do que é energia de ionização (para ficar claro o que estamos comparando).
A primeira energia de ionização, que vou chamar de , é a energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro no estado gasoso:
A primeira energia de ionização, que vou chamar de
Aqui
é o átomo gasoso neutro,
é o cátion formado e
é o elétron removido. A unidade comum é
. Quanto maior
, mais fortemente o átomo prende o elétron externo.
Passo 3
Fatores físicos que influenciam
(explicação didática e sem pular etapas).
Os dois fatores principais são:
Os dois fatores principais são:
- a atração do núcleo sobre o elétron externo, que depende da carga nuclear efetiva, que chamo de
, e - a distância média do elétron externo ao núcleo, que é relacionada ao número quântico principal
e ao raio atômico .
Uma relação qualitativa simples (sem ser uma fórmula exata, apenas para intuição) é:
Significado das variáveis:
-
: primeira energia de ionização (energia para tirar o primeiro elétron). -
: carga nuclear efetiva sentida pelo elétron de valência (é a carga do núcleo menos o efeito de blindagem dos outros elétrons). -
: raio efetivo ao qual o elétron de valência orbit a média distância do núcleo.
Explicação prática: se
aumenta e
diminui, o núcleo puxa mais o elétron e
aumenta. Se
aumenta ou se há mais blindagem,
diminui.
Passo 4
Tendências periódicas relevantes (como usar isso em prova).
- Ao longo de um período (esquerda → direita):
tende a aumentar porque aumenta e os elétrons adicionais entram na mesma camada, então aumenta enquanto pouco muda. - Descendo um grupo (cima → baixo):
tende a diminuir porque os elétrons de valência ocupam camadas com maior , ficando mais longe do núcleo e mais blindados, aumentando efetivo e reduzindo a atração.
Dica prática para prova: quando os átomos estão na mesma coluna (mesmo grupo), compare primeiro o período: quanto menor o período (mais acima na tabela), maior tende a ser
.
Passo 5
Aplicando as tendências aos elementos do enunciado (passo a passo).
Os três elementos ,
e
pertencem ao mesmo grupo (grupo 15, ou pnictogênios) e estão em períodos diferentes:
Os três elementos
Pela tendência de grupo (Passo 4), ao descer no grupo (N → P → As) a
tende a diminuir, porque o elétron de valência está em uma camada com
maior e sofre mais blindagem. Assim, apenas por essa tendência, esperamos:
Passo 6
Consideração sobre configurações eletrônicas e possíveis exceções.
Todas as três configurações têm na camada de valência:
Todas as três configurações têm
ou seja, todas são meio-cheias em orbitais
(metade do total possível de 6 elétrons em
). Orbitais meio-cheios têm estabilidade extra, mas essa estabilidade aparece igualmente nos três casos, então não cria uma exceção na ordem entre eles. (Exceções famosas ocorrem, por exemplo, entre
e
comparando pares de elétrons, mas aqui não há motivo para inverter a tendência.)
Passo 7
Confirmação com valores experimentais (para dar confiança ao raciocínio, útil na prova se só aceitar resposta justificando com tendência). Valores experimentais aproximados da primeira energia de ionização são:
Esses números confirmam a ordem prevista:
tem a maior
.
Passo 8
Conclusão final — resumo curto e motivado (o que você deve escrever na prova).
- Motivo principal: ao descer no mesmo grupo o elétron de valência está em uma camada com número quântico principal maior, mais distante e mais blindada, reduzindo a atração do núcleo.
- Portanto
prende mais fortemente o elétron do que e , logo tem a maior primeira energia de ionização.