Selecionar a melhor opção e indicar resumidamente a justificativa para sua escolha:
a. Menor raio: \mathrm{Sc} \quad \mathrm{Ti} \quad \mathrm{V}
b. Maior volume: \mathrm{S}^{2-} \quad \mathrm{Ar} \quad \mathrm{Ca}^{2+}
c. Menor energia de ionização: \mathrm{K} \quad \mathrm{Rb} \quad \mathrm{Cs}
d. Maior afinidade eletrônica: \mathrm{Cl} \quad \mathrm{Br} \quad \mathrm{I}

Passo 1

O enunciado pede que eu escolha a melhor alternativa entre (a), (b), (c) e (d) e justifique resumidamente a escolha. As alternativas são:
a. Menor raio: \mathrm{Sc} \quad \mathrm{Ti} \quad \mathrm{V}
b. Maior volume: \mathrm{S}^{2-} \quad \mathrm{Ar} \quad \mathrm{Ca}^{2+}
c. Menor energia de ionização: \mathrm{K} \quad \mathrm{Rb} \quad \mathrm{Cs}
d. Maior afinidade eletrônica: \mathrm{Cl} \quad \mathrm{Br} \quad \mathrm{I}
Vou interpretar cada alternativa como uma afirmação sobre qual espécie tem maior/menor propriedade entre as listadas (por exemplo, em (b) a ideia é que a ordem proposta indica que \mathrm{S}^{2-} tem maior volume que \mathrm{Ar}, que por sua vez tem maior volume que \mathrm{Ca}^{2+}). A tarefa é escolher a alternativa cuja afirmação está correta e justificar por que isso é verdade.

Passo 2

Conceitos e tendências periódicas essenciais (explicação didática e simples):
  • Raio atômico/iónico: é uma medida do tamanho da nuvem eletrônica em torno do núcleo. Tendência geral: ao descer um grupo (coluna) os raios aumentam; ao ir da esquerda para a direita numa mesma linha (período) os raios tendem a diminuir por causa do aumento da carga nuclear efetiva ( Z_{\text{efetivo}}), que puxa os elétrons mais perto do núcleo.
  • Volume x raio: se tratarmos aproximadamente os átomos/íons como esferas, o volume está relacionado ao raio por
V=\frac{4}{3}\pi r^{3},
ou seja, um aumento no raio dá um aumento forte no volume (cresce com r^3).
  • Íons isoeletrônicos (mesmo número de elétrons): quando duas espécies têm a mesma configuração eletrônica, aquela com maior carga nuclear efetiva (mais prótons) atrai os elétrons com mais força e fica menor; aquela com menor carga nuclear efetiva é maior. Por exemplo, \mathrm{S}^{2-}, \mathrm{Ar} e \mathrm{Ca}^{2+} são isoeletrônicos (todos com 18 elétrons), mas têm núcleos com diferentes cargas.
  • Energia de ionização (EI): é a energia para retirar um elétron. Tendência: EI diminui ao descer um grupo (elétrons mais afastados, menos atraídos). Portanto, entre \mathrm{K}, \mathrm{Rb}, \mathrm{Cs} a menor EI é do mais baixo na coluna ( \mathrm{Cs}).
  • Afinidade eletrônica (AE): é a energia liberada ao ganhar um elétron (maior afinidade = mais favorável receber elétron). Entre halogênios, em geral a afinidade diminui ao descer o grupo: \mathrm{Cl}>\mathrm{Br}>\mathrm{I} (com \mathrm{F} tendo anomalias relativas).

Passo 3

Avaliação da alternativa (b) com detalhe (porque ela envolve íons isoeletrônicos — bom lugar para ensinar com clareza):
As espécies \mathrm{S}^{2-}, \mathrm{Ar} e \mathrm{Ca}^{2+} têm todas 18 elétrons (são isoeletrônicas). Compare núcleos:
  • \mathrm{S}^{2-}: número atômico Z=16 (16 prótons) e ganhou 2 elétrons — carga nuclear efetiva relativamente menor sobre cada elétron.
  • \mathrm{Ar}: Z=18 (18 prótons), neutro.
  • \mathrm{Ca}^{2+}: Z=20 (20 prótons) e perdeu 2 elétrons — carga nuclear efetiva maior por elétron.
Como maior Z atrai mais os elétrons e diminui o raio, a ordem de raios (e portanto de volumes) será
\text{maior raio/volume: }\mathrm{S}^{2-} > \mathrm{Ar} > \mathrm{Ca}^{2+}.
Pela fórmula do volume de esfera, isso implica também maior volume para \mathrm{S}^{2-}. Logo a afirmação da alternativa (b) está correta.

Passo 4

Verificação rápida das outras alternativas (para eliminar dúvidas):
  • Alternativa (a): entre \mathrm{Sc}, \mathrm{Ti} e \mathrm{V} (mesmo período), o raio tende a diminuir com o aumento do número atômico. Assim o menor raio é de \mathrm{V}, não de \mathrm{Sc}. Se a alternativa sugere que a ordem escrita indica corretamente o menor raio, então está incorreta (a menos que a intenção fosse apenas listar as espécies, mas a ordem dada não corresponde à afirmação “menor raio” se interpretada como primeiro tendo o menor).
  • Alternativa (c): entre \mathrm{K}, \mathrm{Rb}, \mathrm{Cs} a menor energia de ionização é realmente de \mathrm{Cs} (desce o grupo → EI diminui). A afirmação é verdadeira no sentido de que \mathrm{Cs} tem a menor EI, mas depende de como a alternativa foi escrita (se a ordem quer afirmar algo específico). Ainda assim, (c) não envolve o conceito isoeletrônico claro como em (b).
  • Alternativa (d): entre halogênios \mathrm{Cl}, \mathrm{Br}, \mathrm{I} a maior afinidade eletrônica é de \mathrm{Cl} (afinidade costuma diminuir descendo o grupo), então (d) também está correta como afirmação isolada.
Resumo: várias afirmações são, em essência, verdadeiras como tendências, mas a alternativa (b) é a que apresenta um exemplo clássico e inequívoco baseado em isoeletrônicos, o que facilita justificativa curta e firme.

Passo 5

Motivo final da escolha (resumo convincente, curto e amigável):
A alternativa (b) apresenta três espécies isoeletrônicas ( \mathrm{S}^{2-}, \mathrm{Ar}, \mathrm{Ca}^{2+}), então a comparação de tamanhos é direta pelo número de prótons: menos prótons → menor atração → elétrons mais espalhados → maior raio e, portanto, maior volume. Isso dá a ordem clara
\mathrm{S}^{2-} > \mathrm{Ar} > \mathrm{Ca}^{2+}
para raios e volumes, comprovando que (b) é a melhor opção.

Resposta

b

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