Responda a cada uma das seguintes questões com as respectivas justificativas:
Qual tem a maior energia de ionização: \mathrm{N}, \mathrm{P} ou As ?

Passo 1

O enunciado pede que eu escolha, entre os átomos \mathrm{N}, \mathrm{P} e \mathrm{As}, qual possui a maior energia de ionização, e que eu justifique a resposta.
Informações relevantes fornecidas (implícitas no enunciado):
  • Os átomos são: \mathrm{N} (nitrogênio), \mathrm{P} (fósforo) e \mathrm{As} (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:
\begin{aligned} \mathrm{N}:&\\ Z=7,\quad \text{configuração }1s^{2}2s^{2}2p^{3},\\\ \mathrm{P}:&\\ Z=15,\quad \text{configuração }[ \mathrm{Ne} ]\,3s^{2}3p^{3},\\\ \mathrm{As}:&\\ Z=33,\quad \text{configuração }[ \mathrm{Ar} ]\,4s^{2}4p^{3}. \end{aligned}çãçãçã

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 \mathrm{IE}_{1}, é a energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro no estado gasoso:
\mathrm{A(g)} \longrightarrow \mathrm{A^{+}(g)} + e^{-}.
Aqui \mathrm{A(g)} é o átomo gasoso neutro, \mathrm{A^{+}(g)} é o cátion formado e e^{-} é o elétron removido. A unidade comum é \mathrm{kJ/mol}. Quanto maior \mathrm{IE}_{1}, mais fortemente o átomo prende o elétron externo.

Passo 3

Fatores físicos que influenciam \mathrm{IE}_{1} (explicação didática e sem pular etapas).
Os dois fatores principais são:
  • a atração do núcleo sobre o elétron externo, que depende da carga nuclear efetiva, que chamo de \,Z_{\text{efetiva}}, e
  • a distância média do elétron externo ao núcleo, que é relacionada ao número quântico principal n e ao raio atômico r.
Uma relação qualitativa simples (sem ser uma fórmula exata, apenas para intuição) é:
\mathrm{IE}_{1}\\ \propto\\ \frac{Z_{\text{efetiva}}}{r}.
Significado das variáveis:
  • \mathrm{IE}_{1}: primeira energia de ionização (energia para tirar o primeiro elétron).
  • Z_{\text{efetiva}}: carga nuclear efetiva sentida pelo elétron de valência (é a carga do núcleo Z menos o efeito de blindagem dos outros elétrons).
  • r: raio efetivo ao qual o elétron de valência orbit a média distância do núcleo.
Explicação prática: se Z_{\text{efetiva}} aumenta e r diminui, o núcleo puxa mais o elétron e \mathrm{IE}_{1} aumenta. Se r aumenta ou se há mais blindagem, \mathrm{IE}_{1} diminui.

Passo 4

Tendências periódicas relevantes (como usar isso em prova).
  • Ao longo de um período (esquerda → direita): \mathrm{IE}_{1} tende a aumentar porque Z aumenta e os elétrons adicionais entram na mesma camada, então Z_{\text{efetiva}} aumenta enquanto r pouco muda.
  • Descendo um grupo (cima → baixo): \mathrm{IE}_{1} tende a diminuir porque os elétrons de valência ocupam camadas com maior n, ficando mais longe do núcleo e mais blindados, aumentando r 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 \mathrm{IE}_{1}.

Passo 5

Aplicando as tendências aos elementos do enunciado (passo a passo).
Os três elementos \mathrm{N}, \mathrm{P} e \mathrm{As} pertencem ao mesmo grupo (grupo 15, ou pnictogênios) e estão em períodos diferentes:
\mathrm{N}: \text{período }2;\quad \mathrm{P}: \text{período }3;\quad \mathrm{As}: \text{período }4.ííí
Pela tendência de grupo (Passo 4), ao descer no grupo (N → P → As) a \mathrm{IE}_{1} tende a diminuir, porque o elétron de valência está em uma camada com n maior e sofre mais blindagem. Assim, apenas por essa tendência, esperamos:
\mathrm{IE}_{1}(\mathrm{N}) > \mathrm{IE}_{1}(\mathrm{P}) > \mathrm{IE}_{1}(\mathrm{As}).

Passo 6

Consideração sobre configurações eletrônicas e possíveis exceções.
Todas as três configurações têm \,p^{3} na camada de valência:
2p^{3},\\\ 3p^{3},\\\ 4p^{3},
ou seja, todas são meio-cheias em orbitais p (metade do total possível de 6 elétrons em p). 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 \mathrm{O} e \mathrm{S} 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:
\begin{aligned} \mathrm{IE}_{1}(\mathrm{N}) &\approx 1402{,}3\\ \mathrm{kJ/mol},\\\ \mathrm{IE}_{1}(\mathrm{P}) &\approx 1011{,}8\\ \mathrm{kJ/mol},\\\ \mathrm{IE}_{1}(\mathrm{As}) &\approx 947{,}0\\ \mathrm{kJ/mol}. \end{aligned}
Esses números confirmam a ordem prevista: \mathrm{N} tem a maior \mathrm{IE}_{1}.

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 \mathrm{N} prende mais fortemente o elétron do que \mathrm{P} e \mathrm{As}, logo tem a maior primeira energia de ionização.

Resposta

\mathrm{N}

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