Responda: a) Como você pode explicar a variação da energia ionização ao longo de um período, na tabela periódica? b) Coloque em ordem crescente de Energia de ionização os átomos
e As.
Passo 1
O enunciado faz duas perguntas claras:
- (a) Explique por que a energia de ionização varia ao longo de um período da tabela periódica.
- (b) Coloque em ordem crescente de energia de ionização os átomos
e .
Informações relevantes dadas (diretamente pelo enunciado):
- Os átomos a ordenar são
, , e . - Não há outras informações numéricas fornecidas; podemos usar as posições desses elementos na tabela periódica (grupo e período) para aplicar as regras de tendência.
Passo 2
O que é energia de ionização — definição básica e reação envolvida:
- Energia de ionização é a energia necessária para retirar um elétron de um átomo isolado no estado gasoso, formando um cátion. Escrevemos a reação de remoção do primeiro elétron como
- A energia de ionização é sempre medida em kJ/mol (ou outra unidade de energia por mol) e quanto maior essa energia, mais fortemente o átomo prende seu elétron mais externo.
Explicando isso com palavras simples: é a “dificuldade” que o átomo tem em largar um elétron. Se o átomo prende o elétron com força (energia alta), é difícil arrancá-lo; se prende com pouca força (energia baixa), é fácil arrancá-lo.
Passo 3
Conceitos físicos que controlam a energia de ionização (a “aula” curta):
-
Carga nuclear efetiva ):
- A carga nuclear efetiva é a carga positiva efetivamente sentida por um elétron exterior. Aproximamos por
onde ) é o número atômico (carga nuclear real) e ) é a blindagem (shielding) causada pelos elétrons internos.- Quanto maior ), mais forte é a atração elétrica sobre o elétron valente, logo maior a energia de ionização.
-
Raio atômico
: - Se o elétron está mais longe do núcleo (maior
), a atração é menor e a energia necessária para retirá-lo é menor. - Aproximação qualitativa (lei de Coulomb): a energia de ligação do elétron aumenta com algo proporcional a
. Em palavras: maior ) e menor → maior energia de ionização.
- Se o elétron está mais longe do núcleo (maior
-
Blindagem e repulsão entre elétrons:
- Elétrons internos (mais próximos do núcleo) blindam a carga nuclear, reduzindo ) sentida pelo elétron externo.
- Elétrons emparelhados no mesmo orbital aumentam repulsões elétron-elétron, o que pode reduzir levemente a energia de ionização (isso explica algumas exceções finas nas tendências).
Passo 4
Tendência ao longo de um período — explicação didática e passo a passo:
- Ao percorrer um período da tabela periódica da esquerda para a direita:
- O número atômico
aumenta (há mais prótons no núcleo). - Os elétrons adicionados vão, em grande parte, para a mesma camada principal (mesmo nível de energia), portanto a blindagem adicional
aumenta pouco. - Resultado: ) aumenta de forma efetiva.
- Simultaneamente, o raio atômico
tende a diminuir ligeiramente porque a atração maior “puxa” a nuvem eletrônica para mais perto. - Pelo argumento de Coulomb qualitativo
, o aumento de ) e a diminuição/constância de tornam os elétrons mais firmemente ligados.
- O número atômico
- Conclusão direta (resposta da parte a): ao longo de um período, da esquerda para a direita, a energia de ionização aumenta porque a carga nuclear efetiva aumenta enquanto a blindagem não compensa plenamente esse aumento, e o raio atômico não cresce — os elétrons ficam mais presos ao núcleo.
Observação sobre exceções: há pequenas anomalias nas tendências (por exemplo entre alguns pares como
ou
) devido a configurações eletrônicas e emparelhamento; mas a regra geral acima vale para a grande maioria dos casos.
Passo 5
Posições dos átomos pedidos na tabela periódica (informação usada para comparar):
-
(germânio): grupo 14, período 4. -
(arsênio): grupo 15, período 4. -
(estanho): grupo 14, período 5. -
(antimônio): grupo 15, período 5.
Interpretação prática:
- Elementos na mesma coluna (mesmo grupo) mas em períodos diferentes: o de período maior (mais abaixo) tem menor energia de ionização por ter elétrons mais afastados (ex.:
< ). - Elementos no mesmo período: o da direita tem maior energia de ionização (ex.:
< no período 4).
Passo 6
Comparações emparelhadas e conclusão do ranking (passo a passo):
-
Compare
e : ambos são do grupo 14, mas está no período 5 e no período 4. Por ser mais abaixo, tem elétrons mais externos mais afastados e maior blindagem → tem menor energia de ionização que . Logo . -
Compare
e : ambos são do grupo 15, mas está no período 5 e no período 4. Pelo mesmo raciocínio, tem menor energia de ionização que . Logo . -
Compare elementos do mesmo período 4:
(grupo 14) e (grupo 15). Em um período, a energia de ionização aumenta para a direita, então . -
Compare elementos do mesmo período 5:
(grupo 14) e (grupo 15). Seguindo a mesma regra, .
Juntando as quatro comparações acima, obtemos a sequência completa em ordem crescente de energia de ionização:
Breve reforço intuitivo: os dois elementos mais embaixo (
,
) têm menores energias por terem elétrons externos mais distantes; entre os dois de cima,
é mais à direita que
, portanto prende seu elétron com mais força.
Resposta
a) A energia de ionização aumenta ao longo de um período da esquerda para a direita porque o número atômico
aumenta enquanto a blindagem interna não aumenta tanto, resultando em maior carga nuclear efetiva
e em elétrons mais próximos ao núcleo (maior atração), o que exige mais energia para remover um elétron.
b)