A segunda energia de ionização para alguns elementos do quarto período são:
Ca Sc Ti V Cr Mn
1145 1235 1310 1365 1592 1509 kJ mol^-1
Identifique o orbital do qual a ionização ocorre e explique a tendência nos valores.

Passo 1

Então, o enunciado dá os valores da segunda energia de ionização (E₂) de Ca, Sc, Ti, V, Cr e Mn e pede duas coisas:
  1. de que orbital sai esse segundo elétron
  2. por que esses valores vão aumentando e depois têm um pico em Cr e caem em Mn
Conteúdo envolvido: configuração eletrônica (níveis 4s e 3d), ordem de remoção de elétrons em metais de transição, conceito de estabilidade de subníveis (meio-cheio, cheio) e carga efetiva. Vamos precisar escrever as configurações e saber quem sai primeiro (4s ou 3d) e também falar de meia-vida de subnível.

Passo 2

Vamos olhar a configuração de cada átomo neutro e ver o que acontece quando tiramos o primeiro e o segundo elétron.
  • Ca: [Ar],4s^2.
    • IE₁ tira um 4s, [Ar],4s^1.
    • IE₂ tira o outro 4s,.
      Logo, o segundo elétron sai de 4s.
  • Sc: [Ar],3d^1,4s^2.
    • IE₁ tira um 4s, [Ar],3d^1,4s^1.
    • IE₂ tira o outro 4s, [Ar],3d^1.
      De novo, sai de 4s.
  • Ti: [Ar],3d^2,4s^2. Mesmo raciocínio: os dois primeiros elétrons vêm de 4s.
  • V: [Ar],3d^3,4s^2. Também IE₁ e IE₂ removem 4s.
  • Cr: [Ar],3d^5,4s^1.
    • IE₁ tira o único 4s, [Ar],3d^5.
    • Agora não tem mais 4s,, então IE₂ retira de 3d.
  • Mn: [Ar],3d^5,4s^2. Igual a Ti/V: IE₁ e IE₂ removem basicamente os dois 4s,.

Passo 3

Tendência de Ca a V:
  • Aumenta suavemente porque, do Ca pro V, a carga nuclear efetiva (Zₑff) sobe e o tamanho atômico cai, então fica mais difícil arrancar elétron, mas sempre do 4s.
Salto em Cr:
  • A segunda remoção é de 3d, que é um orbital mais interno e mais ligado do que 4s.
  • Além disso, d^5 é meio-cheio, superestável, então arrancar um elétron desse 3d^5 pede MUITA energia → pico em 1592 kJ/mol.
Queda em Mn:
  • Aqui a IE₂ volta a tirar 4s, que é mais frouxo que o 3d, e ainda forma de novo d^5 no cátion, ganhando estabilidade. Por isso a E₂ de Mn (1509) é menor que a de Cr (1592).

Resposta

Orbital de onde sai o segundo elétron:
  • Para Ca, Sc, Ti, V e Mn é sempre o orbital 4s.
  • Para Cr é o orbital 3d.
Tendência dos valores:
  • Subida gradual de Ca a V por aumento da carga efetiva mantendo remoção de 4s.
  • Pico em Cr porque passa a remover de 3d^5, muito firme e ainda meio-cheio (configuração superestável).
  • Queda em Mn porque volta a remover 4s, menos prendido, formando novamente o d^5 estável.

Exercícios relacionados