Selecionar a melhor opção e explique resumidamente o motivo da escolha. Qual entre estes elementos possuem:
a. Menor raio: Sc, Ti, V
b. Maior volume: \mathrm{S}^{2-}, \mathrm{Ar}, \mathrm{Ca}^{2+}
c. Menor energia de ionização: K, Rb, Cs
d. Maior afinidade eletrônica: \mathrm{F}, \mathrm{Cl}, \mathrm{Br}
e. Maior energia necessária para remover um elétron: \mathrm{Cu}, \mathrm{Cu}^{+}, \mathrm{Cu}^{2+}

Passo 1

O enunciado pede para escolher, em cada item, qual dos elementos/íons indicados satisfaz a propriedade pedida, e justificar resumidamente. As perguntas e os conjuntos são:
a. Menor raio entre \mathrm{Sc},\\ \mathrm{Ti},\\ \mathrm{V}.
b. Maior volume entre \mathrm{S}^{2-},\\ \mathrm{Ar},\\ \mathrm{Ca}^{2+}.
c. Menor energia de ionização entre \mathrm{K},\\ \mathrm{Rb},\\ \mathrm{Cs}.
d. Maior afinidade eletrônica entre \mathrm{F},\\ \mathrm{Cl},\\ \mathrm{Br}.
e. Maior energia necessária para remover um elétron entre \mathrm{Cu},\\ \mathrm{Cu}^{+},\\ \mathrm{Cu}^{2+}.
Informações relevantes (dados intrínsecos às escolhas que usaremos): os elementos citados pertencem a uma mesma família ou período em vários itens, e alguns são espécies isoeletrônicas ( \mathrm{S}^{2-},\\ \mathrm{Ar},\\ \mathrm{Ca}^{2+} têm o mesmo número de elétrons). Nada mais foi fornecido; vamos usar as tendências periódicas e conceitos de carga efetiva, blindagem e configuração eletrônica.

Passo 2

Conceito e aplicação para o item (a): por que o raio varia ao percorrer um período.
  • Conceito: ao mover-se da esquerda para a direita num mesmo período, o número atômico Z aumenta e mais prótons atraem os elétrons. A blindagem pelos elétrons adicionados na mesma camada não compensa totalmente o aumento de Z, então a carga nuclear efetiva Z_{\text{efetiva}} aumenta e os elétrons são puxados mais para perto — o raio atômico tende a diminuir ao longo do período.
  • Aplicação: \mathrm{Sc} tem Z=21, \mathrm{Ti} tem Z=22, \mathrm{V} tem Z=23. Todos estão no mesmo período. Como Z aumenta, o menor raio será o de maior Z, portanto o menor raio é de \mathrm{V}.

Passo 3

Conceito e aplicação para o item (b): isoeletônicos e tamanho/volume.
  • Conceito: espécies isoeletrônicas têm o mesmo número total de elétrons; o tamanho entre elas é determinado principalmente pela carga nuclear (mais prótons atraem os mesmos elétrons mais fortemente, resultando em raio menor). Assim, quanto maior o número atômico Z (mais prótons) para a mesma distribuição eletrônica, menor o raio/volume.
  • Aplicação: contei os elétrons: \mathrm{S}^{2-} (Z=16, elétrons = 18), \mathrm{Ar} (Z=18, elétrons = 18), \mathrm{Ca}^{2+} (Z=20, elétrons = 18). Todos têm 18 elétrons (isoeletrônicos). Ordem de aumento de carga nuclear: 16 < 18 < 20. Logo ordem de tamanhos (maior → menor) é \mathrm{S}^{2-} > \mathrm{Ar} > \mathrm{Ca}^{2+}. Portanto o maior volume é de \mathrm{S}^{2-}.

Passo 4

Conceito e aplicação para o item (c): tendência da energia de ionização numa família.
  • Conceito: energia de ionização (EI) é a energia necessária para remover um elétron do átomo neutro no estado gasoso. Descendo uma família (grupo), o elétron a ser removido está, em média, em um nível com maior número quântico principal n (mais longe do núcleo) e a blindagem aumentou; portanto a atração efetiva diminui e a EI tende a diminuir ao descer o grupo.
  • Aplicação: \mathrm{K} (potássio), \mathrm{Rb} (rubídio) e \mathrm{Cs} (césio) estão na mesma família (metais alcalinos). A energia de ionização diminui de \mathrm{K} \mathrm{Rb} \mathrm{Cs}. A menor EI é de \mathrm{Cs}.

Passo 5

Conceito e aplicação para o item (d): afinidade eletrônica entre halogênios e exceção.
  • Conceito: afinidade eletrônica (AE) mede a energia liberada quando um átomo no estado gasoso capta um elétron. Em termos gerais, AE aumenta (mais positiva em magnitude) ao subir num grupo e ao ir para a direita num período; halogênios têm AE muito alta porque ao ganhar um elétron alcançam configuração estável de gás nobre.
  • Observação importante (exceção prática): embora \mathrm{F} seja o mais eletronegativo, a afinidade eletrônica experimental de \mathrm{Cl} é ligeiramente maior (mais energética) que a de \mathrm{F}. A razão: ao adicionar um elétron em \mathrm{F} (configuração 1s2 2s2 2p5), o elétron extra entra no compacto orbital 2p muito próximo ao núcleo e sofre forte repulsão dos elétrons já presentes, reduzindo a energia liberada; no \mathrm{Cl} (orbitais 3p) essa repulsão é menor e a energia liberada ao captar um elétron é um pouco maior.
  • Aplicação: entre \mathrm{F},\\ \mathrm{Cl},\\ \mathrm{Br}, a maior afinidade eletrônica é de \mathrm{Cl}.

Passo 6

Conceito e aplicação para o item (e): energias de ionização sucessivas e configuração eletrônica do cobre.
  • Conceito: energias de ionização sucessivas aumentam à medida que mais elétrons são removidos, porque a espécie fica mais positivamente carregada e os elétrons remanescentes estão atraídos com mais força (maior Z_{\text{efetiva}} por elétron). Assim, geralmente remover um elétron de uma espécie com carga positiva requer mais energia do que remover de uma neutra.
  • Configurações: escrever as elétrons relevantes ajuda a ver de onde se removeu/removerá elétron:
    • \mathrm{Cu} (neutro): configuração aproximada [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{10}.
    • \mathrm{Cu}^{+}: [\mathrm{Ar}]\,3d^{10} (o elétron 4s é removido primeiro).
    • \mathrm{Cu}^{2+}: [\mathrm{Ar}]\,3d^{9}.
  • Aplicação: para remover mais um elétron de cada espécie (isto é, para gerar \mathrm{Cu}^{+} de \mathrm{Cu}, para gerar \mathrm{Cu}^{2+} de \mathrm{Cu}^{+}, ou para gerar \mathrm{Cu}^{3+} de \mathrm{Cu}^{2+}), a energia exigida cresce com a carga positiva. Portanto a maior energia é necessária para remover um elétron de \mathrm{Cu}^{2+} (tirar um elétron de [\mathrm{Ar}]\,3d^{9} de uma espécie já com carga +2 é mais difícil do que das outras duas).

Passo 7

Resumo rápido (para fixar): motivos-chaves usados
  • (a) mesmo período → maior Z → menor raio → \mathrm{V}.
  • (b) isoeletrônicos → maior Z → menor raio → \mathrm{S}^{2-} é o maior.
  • (c) mesma família → descer a família reduz EI → \mathrm{Cs}.
  • (d) halogênios com exceção experimental \mathrm{Cl} \!>\! \mathrm{F} por repulsão no orbital pequeno → \mathrm{Cl}.
  • (e) maior carga positiva → maior energia necessária (sucessivas IE aumentam) → \mathrm{Cu}^{2+}.

Resposta

\mathrm{V}
\mathrm{S}^{2-}
\mathrm{Cs}
\mathrm{Cl}
\mathrm{Cu}^{2+}

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