São apresentados os valores das energias de ionização para o alumínio, sendo
e
, os valores para a primeira, segunda, terceira e quarta energia de ionização respectivamente. Com base nestes valores, responda:
Sabendo-se que os átomos podem perder elétrons para atingir uma configuração eletrônica estável (com oito elétrons no nível de valência), explique por que a variação entre energia de ionização
e
é mais acentuada que nas demais.
d) Você esperaria que a primeira energia de ionização do alumínio (
) fosse maior ou menor que a primeira energia de ionização do sódio? Por que?
d) Você esperaria que a primeira energia de ionização do alumínio (
) fosse maior ou menor que a primeira energia de ionização do sódio? Por que?
Passo 1
O enunciado dá as quatro primeiras energias de ionização do alumínio:
As perguntas são:
- Por que a variação entre
e é muito maior (mais acentuada) do que nas outras diferenças? - (d) A primeira energia de ionização de
( ) seria maior ou menor que a primeira energia de ionização do sódio? Justifique.
Passo 2
Vamos escrever a configuração eletrônica do alumínio e ver quais elétrons estão sendo removidos em cada etapa. O alumínio neutro (
,
) tem configuração:
Isto significa que os elétrons mais externos (de valência) estão no nível
: dois em
e um em
. Agora as remoções sucessivas são, em ordem:
-
: tira o elétron → sobra . -
: tira um elétron de → sobra . -
: tira o último elétron de → resulta com configuração . -
: agora teria de tirar um elétron de uma camada interna, por exemplo de , já que os níveis estão vazios.
Passo 3
Interpretando qualitativamente os valores:
-
é relativamente baixo porque removeu o elétron de valência , que é o mais afastado e menos fortemente ligado. -
é maior porque, após remover o , o próximo elétron removido está no , que penetra mais perto do núcleo e sente maior atração do núcleo efetivo. -
é ainda maior: remover o último elétron de valência (o outro ) requer mais energia pois o íon fica mais positivamente carregado ( ) e prende melhor os elétrons restantes.
Passo 4
Agora o ponto crucial: por que
salta para
? A razão física e química é a seguinte, explicada passo a passo:
-
Depois de três remoções a espécie
tem configuração que é a configuração estável de gás nobre (mesma do néon), ou seja, um octeto completo na camada de valência (nível). -
Remover um quarto elétron significa arrancar um elétron de uma camada interna (nível
), ou seja, destruir uma configuração de núcleo fechada — isso exige romper uma ligação muito forte entre elétron e núcleo. -
Em termos de atração coulombiana, quando existem mais prótons do que elétrons a serem repelidos, a atração efetiva sobre cada elétron aumenta muito. Além disso, elétrons de camada interna (menor
) têm maior penetração e menor blindagem, logo estão muito mais ligados ao núcleo. -
Por isso a energia necessária para retirar um elétron a partir de uma camada fechada interna é dramaticamente maior do que para remover elétrons de valência. Esse grande salto é um sinal clássico de que a espécie atingiu uma configuração estável (octeto) com as três primeiras remoções; a quarta exige energia muito maior porque atinge o “núcleo” protegido.
Resumindo em linguagem de prova: uma grande diferença entre duas energias de ionização consecutivas indica que, após a terceira ionização, alcançou‑se uma configuração eletrônica estável (gás nobre) e a remoção seguinte exige quebrar essa estrutura fortemente ligada.
Passo 5
Vou explicar com conceitos que são fáceis de aplicar em prova:
- Conceito de núcleo efetivo (
): cada elétron percebe do núcleo uma carga efetiva menor que por causa do efeito de blindagem dos outros elétrons. Quanto maior , mais fortemente o elétron está ligado. - Penetração: orbitais
penetram mais e sentem maior atração do núcleo que orbitais no mesmo nível principal, por isso geralmente está mais ligado que . - Camadas internas têm menores valores de
e assim um elétron em está muito mais próximo do núcleo do que um em ; portanto a energia de remoção é muito maior. - Regra prática para prova: procurar grandes saltos entre
e . O maior salto indica que elétrons foram removidos para alcançar uma configuração estável (por exemplo, octeto). No caso do alumínio, o grande salto entre e indica estabilidade após 3 elétrons removidos (formação de com configuração de gás nobre).
Passo 6
Agora respondo a (d) comparando
de
com a de
.
- Configurações:
Ambos têm elétrons mais externos no nível
, mas o número de prótons difere:
tem
e
tem
.
-
Tendência periódica: ao mover da esquerda para a direita numa mesma linha da tabela periódica, a carga nuclear efetiva aumenta (mais prótons, blindagem não aumenta tanto), logo os elétrons de valência ficam mais fortemente ligados e a energia de ionização aumenta.
-
Apesar de o elétron de valência do alumínio estar em
e o do sódio em (e orbitais penetrarem mais), o aumento de carga nuclear efetiva ao passar de Na para Al domina, resultando numa para Al maior que a de Na. -
Valor prático (para referência, útil em prova):
e o enunciado dá , confirmando que .
Passo 7
Dicas rápidas para prova (curtas e práticas):
- Sempre escreva a configuração eletrônica e veja de qual orbital o elétron é removido.
- Busque grandes saltos entre energias de ionização consecutivas para identificar quando se alcança uma configuração estável (isso indica o número provável de elétrons que o átomo perde com facilidade).
- Lembre que atravessar um período aumenta
por aumento de ; descer um grupo diminui por aumento de e blindagem. - Se precisar justificar numericamente, use a ideia qualitativa
como argumento de ordem de grandeza (não como cálculo exato para átomos multieletrônicos).
Resposta
A diferença entre
e
é muito maior porque, após remover três elétrons o alumínio forma
com configuração de gás nobre
(octeto). Remover o quarto elétron implica arrancar um elétron de uma camada interna fechada (nível
), que está muito mais fortemente ligado ao núcleo, exigindo, portanto, energia muito maior.
Eu esperaria que fosse maior que
, porque ao mover-se da esquerda para a direita no mesmo período há aumento da carga nuclear efetiva (
), o que prende mais fortemente o elétron de valência; os valores típicos confirmam isso (
,
).
Eu esperaria que