A tabela a seguir apresenta os valores da primeira (
) e da segunda (
) energias de ionização de três elementos químicos representados por A, B e C. Esses valores estão expressos em kJ/mol. Os elementos correspondem, em ordem aleatória, ao sódio ( Na ), magnésio (Mg) e silício (Si).
Elemento
A
738
1451
B
496
4560
C
786
1580
A) Associe corretamente os elementos A, B e C aos respectivos elementos químicos
, justificando sua escolha com base na carga nuclear efetiva e na distribuição eletrônica.
B) Explique a grande diferença entre os valores de El
e
observados para o elemento B
| Elemento |
|
|
| A | 738 | 1451 |
| B | 496 | 4560 |
| C | 786 | 1580 |
B) Explique a grande diferença entre os valores de El
Passo 1
O enunciado dá uma tabela com as primeiras e segundas energias de ionização (valores em kJ/mol) para três elementos
,
,
. Peguei esses números da tabela fornecida:
-
, . -
, . -
, .
O enunciado pede:
A) Associar ,
,
a
,
,
justificando por carga nuclear efetiva e distribuição eletrônica.
B) Explicar a grande diferença entre e
observada para o elemento
.
A) Associar
B) Explicar a grande diferença entre
Passo 2
Lembrando as configurações eletrônicas (vou escrever cada uma em notação padrão;
é o número atômico):
- Sódio (
, ): . - Magnésio (
, ): . - Silício (
, ): .
Essas configurações dizem qual é o elétron mais externo (valência) e se há um fecho de camada logo abaixo (por exemplo, a camada
é um fecho de camada estável).
Passo 3
Vou explicar a ideia de carga nuclear efetiva e como ela afeta a energia de ionização (aula rápida, sem pular etapas).
- A carga nuclear real é
(número de prótons). Cada elétron sente menos que por causa do efeito de blindagem (shielding) dos outros elétrons. Uma forma simples de falar disso é usar
onde
é a blindagem efetiva exercida pelos demais elétrons (Slater dá regras para estimar
, mas aqui usamos a ideia qualitativa).
- Quanto maior
, mais fortemente o elétron é atraído pelo núcleo e maior a energia necessária para removê‑lo (maior energia de ionização). - Além disso, elétrons com maior número quântico principal
(ex.: versus ) estão, em média, mais longe do núcleo e menos ligados. Num modelo hidrogenoide simplificado a energia de ligação depende aproximadamente de e de :
Aqui
é a energia de ligação do elétron na camada
. Isso explica dois efeitos: aumentar
aumenta a energia de ligação; aumentar
diminui a energia de ligação.
Passo 4
Aplicando isso qualitativamente aos três elementos:
- Todos estão no mesmo período (mesmo
para os elétrons de valência), então, em regra geral, a energia de ionização cresce com (maior ). Assim espera‑se para . - Comparando os valores dados (peguei da tabela):
de é , de é e de é . Isso está em ordem crescente exatamente como a expectativa periódica: -
é claramente o menor — corresponde ao elemento com o elétron de valência mais fracamente ligado (um único elétron de valência solto), que é a configuração do . -
encaixa bem com ( ) — maior que porque tem maior e dois elétrons na camada . -
é o maior e encaixa com ( ), pois os elétrons sentem maior do que os de e, portanto, estão mais fortemente ligados.
-
Portanto a associação lógica é:
-
(pois muito baixa: ), -
(pois ), -
(pois ).
Passo 5
Agora justifico também olhando as segundas energias de ionização (
) — pegue os números da tabela:
- Para o elemento que identifiquei como
(ou seja ) há um salto enorme: comparado com . - Por que esse salto é tão grande? Após a primeira ionização do sódio a configuração do átomo fica:
ou seja, eliminado o elétron
resta a configuração de gás nobre
. Remover um segundo elétron significaria arrancar um elétron de uma camada interna de
(o núcleo agora vê esse elétron com muito maior
e ele está mais próximo do núcleo — menor
na fórmula aproximada). Por isso a energia necessária pula drasticamente.
- Em contraste, para
(identificado como ) os dois primeiros elétrons são os dois elétrons . Assim e são ambos removendo elétrons da mesma camada (dois elétrons de valência), então o aumento entre e é moderado, não gigantesco. - Para
(identificado como ) a remoção de dois elétrons também acontece na camada de valência (principalmente e depois ), então também é do mesmo caráter e não tem um salto do tipo “tirar de um fecho de camada”.
Passo 6
Interpretação física curta e intuitiva (meu jeito amigo de explicar): arrancar o primeiro elétron do sódio é fácil porque é um elétron solitário no nível
. Mas arrancar o segundo significa “quebrar” a estabilidade do gás nobre
: o elétron restante está muito mais próximo do núcleo e fortemente atraído — é como tentar arrancar uma peça central de uma torre bem presa. Por isso
é muito maior que
.
Resposta
A = Mg, B = Na, C = Si
A grande diferença entre
e
para
deve-se a que
é
: após a primeira ionização forma‑se
e a remoção do segundo elétron exige arrancar um elétron de uma camada interna (
) fortemente ligado, o que causa o salto muito grande de
em relação a
.