6- A tabela mostra as energias de ionização sucessivas (em kJ/mol) de um elemento desconhecido X :
Energia de lonização
Valor (kJ/mol)
1^{\underline{\mathbf{a}}}
578
2^{\underline{\mathbf{a}}}
1817
3^{\underline{\mathbf{a}}}
2745
4^{\underline{\mathbf{a}}}
11600
5^{\underline{\mathbf{a}}}
14800
a) O que é a energia de ionização? Esse processo é endotérmico ou exotérmico?
b) Identifique o grande salto de energia e explique seu motivo.
c) Quantos elétrons estão na camada de valência do elemento X ? Justifique sua resposta analisando os saltos nas energias de ionização.
Passo 1
O enunciado nos dá as energias de ionização sucessivas (valores em \text{kJ mol}^{-1}) do elemento X:
O que é pedido:
a) Definir o que é energia de ionização e dizer se o processo é endotérmico ou exotérmico.
b) Identificar o grande salto de energia e explicar o motivo desse salto.
c) Determinar quantos elétrons estão na camada de valência de X, justificando pela análise dos saltos nas energias de ionização.
Passo 2
O que é energia de ionização (definição e equação):
Energia de ionização é a energia mínima necessária para remover um elétron de um átomo ou íon no estado gasoso. Em palavras simples: é a “energia que precisa ser fornecida” para arrancar um elétron.
A primeira energia de ionização corresponde ao processo
e assim por diante. Cada equação representa a retirada de mais um elétron do íon resultante.
Por que é endotérmico/exotérmico:
Para retirar um elétron precisa fornecer energia ao átomo (quebramos a interação entre elétron e núcleo), então o processo absorve energia. Logo, a ionização é um processo endotérmico. Em termos simples: tem que “dar energia” para o sistema, não sai energia.
Passo 3
Compreendendo o comportamento das energias sucessivas (por que crescem):
Em geral vale que \mathrm{IE}_1 < \mathrm{IE}_2 < \mathrm{IE}_3 < \dots. Isso acontece porque, à medida que se remove elétrons, o íon fica mais positivo; elétrons remanescentes ficam mais fortemente atraídos pelo núcleo (menor raio efetivo e maior carga efetiva), então cada remoção sucessiva exige mais energia.
Também existe o efeito de blindagem (shielding): elétrons internos reduzem a atração efetiva que o núcleo exerce sobre elétrons mais externos. Quando se começa a tirar elétrons da camada externa (valência), essa blindagem é relativamente alta; ao chegar ao remover um elétron de uma camada interna, a blindagem cai muito e a energia exigida dispara.
Passo 4
Calcular os saltos entre energias consecutivas para localizar o grande salto:
Observação clara: o maior salto absoluto e relativo é entre \mathrm{IE}_3 e \mathrm{IE}_4 (aumento de 8855\\ \text{kJ mol}^{-1}), muito maior que os saltos anteriores.
Passo 5
Interpretação física do grande salto entre \mathrm{IE}_3 e \mathrm{IE}_4:
Saltos grandes nas energias de ionização indicam que, após certo número de elétrons removidos, o próximo elétron está em uma camada interna (ou em um orbital muito mais ligado ao núcleo) em vez de estar na camada de valência.
Portanto, se as três primeiras remoções (\mathrm{IE}_1,\mathrm{IE}_2,\mathrm{IE}_3) exigem energias relativamente moderadas e a quarta exige uma energia muito maior, isso significa que o átomo tinha três elétrons na sua camada de valência. Ao remover esses três, a quarta remoção precisa arrancar um elétron de uma camada mais interna (mais próximo do núcleo), o que requer muito mais energia.
Intuição curta: a camada de valência foi esvaziada após 3 elétrons removidos; o próximo é um elétron “do núcleo” ou de camada interna, fortemente preso.
Passo 6
Conclusão sobre o número de elétrons de valência (justificação final):
O grande salto ocorre entre \mathrm{IE}_3 e \mathrm{IE}_4, então foram removidos com relativa facilidade os primeiros três elétrons (eram da camada de valência). Portanto a camada de valência do elemento X tem exatamente 3 elétrons.
Isso significa também que X é compatível com elementos do grupo que têm três elétrons na camada externa (por exemplo, elementos do grupo 13 na tabela periódica), mas o enunciado pede apenas o número de elétrons de valência, então a resposta é 3.
Resposta
(a) Energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo ou íon no estado gasoso (\mathrm{X(g)}\to\mathrm{X^+(g)}+e^-). É um processo endotérmico.
(b) O grande salto ocorre entre \mathrm{IE}_3 e \mathrm{IE}_4 (de 2745 para 11600\\ \text{kJ mol}^{-1}); isso ocorre porque, após remover três elétrons de valência, o próximo elétron a ser removido está em uma camada interna muito mais ligada ao núcleo, exigindo muito mais energia.
(c) O elemento X tem 3 elétrons na camada de valência (justificativa: grande salto após a terceira ionização indica esgotamento dos elétrons de valência).