O sódio (\mathrm{Z}=11) e o cloro (\mathrm{Z}=17) formam o composto NaCl .
a) Compare o raio do Na com o do cátion \mathrm{Na}^{+}.
b) Compare o raio do Cl com o do ânion \mathrm{Cl}^{-}.
c) Explique como a formação desses íons está relacionada à estabilidade eletrônica e à regra do octeto.

Passo 1

O enunciado diz que o sódio e o cloro formam NaCl e pede três coisas:
  1. (a) Comparar o raio do sódio neutro com o raio do cátion \mathrm{Na}^{+}.
  2. (b) Comparar o raio do cloro neutro com o raio do ânion \mathrm{Cl}^{-}.
  3. (c) Explicar como a formação desses íons se relaciona com estabilidade eletrônica e a regra do octeto.
Informações dadas ou implícitas que vamos usar:
  • O sódio tem \mathrm{Z}=11.
  • O cloro tem \mathrm{Z}=17.
  • O composto formado é \mathrm{NaCl}, isto sugere transferência de elétron entre \mathrm{Na} e \mathrm{Cl} (formação de \mathrm{Na}^{+} e \mathrm{Cl}^{-}).
  • Não foi pedida medida numérica do raio, apenas comparação e explicação física/qualitativa.

Passo 2

Primeiro vamos escrever as configurações eletrônicas (isso é fundamental para entender o que muda quando o íon se forma).
Explicando o que é configuração eletrônica: é a distribuição dos elétrons nos níveis e subníveis atômicos; ajuda a ver quais elétrons são removidos ou adicionados.
  • Configuração do sódio neutro \mathrm{Na} ( \mathrm{Z}=11):
\mathrm{Na}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1
Isto mostra que o último elétron está no subnível 3s.
  • Configuração do cátion \mathrm{Na}^{+} (perde 1 elétron):
\mathrm{Na}^{+}: 1s^2\,2s^2\,2p^6
Ou seja, ao perder o elétron 3s^1 o \mathrm{Na}^{+} fica com a configuração do gás nobre neônio.
  • Configuração do cloro neutro \mathrm{Cl} ( \mathrm{Z}=17):
\mathrm{Cl}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5
Tem um elétron a menos que completar o subnível 3p.
  • Configuração do ânion \mathrm{Cl}^{-} (ganha 1 elétron):
\mathrm{Cl}^{-}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6
Ou seja, \mathrm{Cl}^{-} tem configuração do gás nobre argônio.

Passo 3

Conceito importante: raio atômico/iónico e fatores que o influenciam.
Explicando de forma simples:
  • O raio de um átomo depende de quantos níveis eletrônicos existem (camadas) e de quão fortemente o núcleo atrai os elétrons (carga nuclear efetiva, Z_{\text{ef}}).
  • Quando um átomo perde elétrons formando um cátion, normalmente perde elétrons da camada mais externa. Perder uma camada (ou reduzir a densidade eletrônica externa) reduz o tamanho porque:
    1. Há menos repulsão entre elétrons (menos “empurrando para fora”).
    2. A mesma carga nuclear agora atrai menos elétrons, logo cada elétron é puxado mais fortemente (maior \\ Z_{\text{ef}} por elétron).
  • Quando um átomo ganha elétrons formando um ânion, aumenta a repulsão eletrônica na mesma camada, e a atração efetiva por elétron diminui, resultando em aumento do raio.

Passo 4

Aplicando isto a \mathrm{Na} e \mathrm{Na}^{+}:
  • \mathrm{Na} neutro tem um elétron no nível n=3 (o 3s); \mathrm{Na}^{+} perde esse elétron e passa a ter a camada externa n=2 como camada de valência (mesma configuração do Ne).
  • Perda do elétron externo significa que \mathrm{Na}^{+} tem menos repulsão entre elétrons e cada elétron restante “sente” mais fortemente o núcleo. Logo o raio de \mathrm{Na}^{+} é significativamente menor que o raio do \mathrm{Na} neutro.
  • Conclusão lógica (sem números): o cátion é menor que o átomo neutro porque perdeu a camada externa e aumentou a atração efetiva por elétron.

Passo 5

Aplicando isto a \mathrm{Cl} e \mathrm{Cl}^{-}:
  • \mathrm{Cl} neutro tem a camada n=3 com configuração 3s^2\,3p^5. Ao ganhar um elétron para formar \mathrm{Cl}^{-}, completa o 3p para 3p^6.
  • Esse elétron extra aumenta a repulsão eletrônica na mesma camada n=3; a carga nuclear ( \mathrm{Z}=17) fica a mesma, mas agora há mais elétrons para serem “china-chinados” entre si, diminuindo a atração efetiva por elétron e expandindo a nuvem eletrônica.
  • Resultado: o ânion \mathrm{Cl}^{-} é maior que o átomo neutro \mathrm{Cl}.

Passo 6

Relação com estabilidade eletrônica e regra do octeto:
Explicando a regra do octeto de forma direta e prática:
  • A regra do octeto diz, de maneira simples, que muitos átomos ganham, perdem ou compartilham elétrons para ficar com oito elétrons na camada de valência (mesma configuração eletrônica de um gás nobre), porque essa configuração tende a ser energeticamente estável.
  • No nosso caso:
    • \mathrm{Na} (com configuração terminando em 3s^1) perde um elétron e atinge a configuração de gás nobre \mathrm{Ne} (oito elétrons na camada n=2 — um “octeto” em termos de valência). Isso é energeticamente favorável porque reduz energia total do sistema (apesar de custar energia de ionização, isto é compensado pela energia de rede ao formar o sal).
    • \mathrm{Cl} (com 3s^2\,3p^5) ganha um elétron e completa o 3p para 3p^6, atingindo a configuração de gás nobre \mathrm{Ar} (um octeto na camada n=3), também estável.
  • Assim, tanto a formação de \mathrm{Na}^{+} quanto de \mathrm{Cl}^{-} está diretamente ligada ao ganho de estabilidade ao alcançar configurações eletrônicas de gases nobres (regra do octeto).

Passo 7

Ligando tudo ao NaCl e concluindo com intuição prática para prova:
  • Em \mathrm{NaCl} há transferência de um elétron do \mathrm{Na} para o \mathrm{Cl}, formando \mathrm{Na}^{+} e \mathrm{Cl}^{-}. Essas espécies resultantes têm configurações eletrônicas de gases nobres e, portanto, estão mais estáveis.
  • A diferença de cargas produz atração eletrostática forte entre \mathrm{Na}^{+} e \mathrm{Cl}^{-}, formando a rede iônica (sal).
  • Dica rápida para prova: ao comparar tamanhos entre átomo e seu íon, pergunte-se (1) o íon perdeu ou ganhou elétrons? (2) Perdeu a camada externa? Se sim, é muito menor. (3) Ganhou elétrons na mesma camada? Então é maior. Também verificar se se tornou isoeletônico com um gás nobre — isso ajuda a entender o novo “tamanho típico”.

Resposta

(a) O raio de \mathrm{Na}^{+} é menor que o raio de \mathrm{Na}.
(b) O raio de \mathrm{Cl}^{-} é maior que o raio de \mathrm{Cl}.
(c) \mathrm{Na} perde um elétron para virar \mathrm{Na}^{+} e atingir a configuração de gás nobre ( \mathrm{Ne}), e \mathrm{Cl} ganha um elétron para virar \mathrm{Cl}^{-} e atingir a configuração de gás nobre ( \mathrm{Ar}). A busca por essas configurações (regra do octeto) confere maior estabilidade energética e leva à formação dos íons que se atraem eletrostaticamente formando \mathrm{NaCl}.

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