A tabela a seguir apresenta os valores da primeira ( \mathrm{EI}_{1} ) e da segunda ( \mathrm{EI}_{2} ) 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 \mathrm{El}_{1}(\mathrm{KJ} / \mathrm{mol}) \mathrm{El}_{2}(\mathrm{KJ} / \mathrm{mol})
A 738 1451
B 496 4560
C 786 1580
A) Associe corretamente os elementos A, B e C aos respectivos elementos químicos (\mathrm{Na}, \mathrm{Mg}, \mathrm{Si}), justificando sua escolha com base na carga nuclear efetiva e na distribuição eletrônica.
B) Explique a grande diferença entre os valores de El { }_{1} e \mathrm{El}_{2} observados para o elemento B

Passo 1

O enunciado dá uma tabela com as primeiras e segundas energias de ionização (valores em kJ/mol) para três elementos A, B, C. Peguei esses números da tabela fornecida:
  • A:\\ \mathrm{EI}_1 = 738, \mathrm{EI}_2 = 1451.
  • B:\\ \mathrm{EI}_1 = 496, \mathrm{EI}_2 = 4560.
  • C:\\ \mathrm{EI}_1 = 786, \mathrm{EI}_2 = 1580.
O enunciado pede:
A) Associar A, B, C a \mathrm{Na}, \mathrm{Mg}, \mathrm{Si} justificando por carga nuclear efetiva e distribuição eletrônica.
B) Explicar a grande diferença entre \mathrm{EI}_1 e \mathrm{EI}_2 observada para o elemento B.

Passo 2

Lembrando as configurações eletrônicas (vou escrever cada uma em notação padrão; Z é o número atômico):
  • Sódio ( \mathrm{Na}, Z=11): \,1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1.
  • Magnésio ( \mathrm{Mg}, Z=12): \,1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2.
  • Silício ( \mathrm{Si}, Z=14): \,1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^2.
Essas configurações dizem qual é o elétron mais externo (valência) e se há um fecho de camada logo abaixo (por exemplo, a camada [Ne]=1s^2 2s^2 2p^6 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 Z (número de prótons). Cada elétron sente menos que Z por causa do efeito de blindagem (shielding) dos outros elétrons. Uma forma simples de falar disso é usar
Z_{\mathrm{eff}} = Z - S,
onde S é a blindagem efetiva exercida pelos demais elétrons (Slater dá regras para estimar S, mas aqui usamos a ideia qualitativa).
  • Quanto maior Z_{\mathrm{eff}}, 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 n (ex.: n=3 versus n=2) estão, em média, mais longe do núcleo e menos ligados. Num modelo hidrogenoide simplificado a energia de ligação depende aproximadamente de Z_{\mathrm{eff}}^2 e de n^2:
E_n \propto -\frac{Z_{\mathrm{eff}}^2}{n^2}.
Aqui E_n é a energia de ligação do elétron na camada n. Isso explica dois efeitos: aumentar Z_{\mathrm{eff}} aumenta a energia de ligação; aumentar n diminui a energia de ligação.

Passo 4

Aplicando isso qualitativamente aos três elementos:
  • Todos estão no mesmo período (mesmo n=3 para os elétrons de valência), então, em regra geral, a energia de ionização cresce com Z (maior Z_{\mathrm{eff}}). Assim espera‑se \mathrm{Na} < \mathrm{Mg} < \mathrm{Si} para \mathrm{EI}_1.
  • Comparando os valores dados (peguei da tabela): \mathrm{EI}_1 de B é 496, de A é 738 e de C é 786. Isso está em ordem crescente exatamente como a expectativa periódica:
    • \mathrm{EI}_1(B)=496 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 \,3s^1 do \mathrm{Na}.
    • \mathrm{EI}_1(A)=738 encaixa bem com \mathrm{Mg} ( 3s^2) — maior que \mathrm{Na} porque \mathrm{Mg} tem maior Z e dois elétrons na camada 3s.
    • \mathrm{EI}_1\text{(C)}=786 é o maior e encaixa com \mathrm{Si} ( 3p^2), pois os elétrons 3p sentem maior Z_{\mathrm{eff}} do que os 3s de \mathrm{Mg} e, portanto, estão mais fortemente ligados.
Portanto a associação lógica é:
  • B \equiv \mathrm{Na} (pois \mathrm{EI}_1 muito baixa: 496\\ \mathrm{kJ/mol}),
  • A \equiv \mathrm{Mg} (pois \mathrm{EI}_1=738\\ \mathrm{kJ/mol}),
  • C \equiv \mathrm{Si} (pois \mathrm{EI}_1=786\\ \mathrm{kJ/mol}).

Passo 5

Agora justifico também olhando as segundas energias de ionização ( \mathrm{EI}_2) — pegue os números da tabela:
  • Para o elemento que identifiquei como \mathrm{Na} (ou seja B) há um salto enorme: \mathrm{EI}_2(B)=4560 comparado com \mathrm{EI}_1(B)=496.
  • Por que esse salto é tão grande? Após a primeira ionização do sódio a configuração do átomo fica:
\mathrm{Na}^+:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6 \quad(\text{ou seja },[Ne]),
ou seja, eliminado o elétron 3s resta a configuração de gás nobre [Ne]. Remover um segundo elétron significaria arrancar um elétron de uma camada interna de n=2 (o núcleo agora vê esse elétron com muito maior Z_{\mathrm{eff}} e ele está mais próximo do núcleo — menor n na fórmula aproximada). Por isso a energia necessária pula drasticamente.
  • Em contraste, para \mathrm{Mg} (identificado como A) os dois primeiros elétrons são os dois elétrons 3s. Assim \mathrm{EI}_1(A)=738 e \mathrm{EI}_2(A)=1451 são ambos removendo elétrons da mesma camada n=3 (dois elétrons de valência), então o aumento entre \mathrm{EI}_1 e \mathrm{EI}_2 é moderado, não gigantesco.
  • Para \mathrm{Si} (identificado como C) a remoção de dois elétrons também acontece na camada de valência n=3 (principalmente 3p e depois 3s/3p), então \mathrm{EI}_2\text{(C)}=1580 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 3s. Mas arrancar o segundo significa “quebrar” a estabilidade do gás nobre [Ne]: 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 \mathrm{EI}_2(B) é muito maior que \mathrm{EI}_1(B).

Resposta

A = Mg, B = Na, C = Si
A grande diferença entre \mathrm{EI}_1 e \mathrm{EI}_2 para B deve-se a que B é \mathrm{Na}: após a primeira ionização forma‑se [Ne] e a remoção do segundo elétron exige arrancar um elétron de uma camada interna ( n=2) fortemente ligado, o que causa o salto muito grande de \mathrm{EI}_2(B)=4560\\ \mathrm{kJ/mol} em relação a \mathrm{EI}_1(B)=496\\ \mathrm{kJ/mol}.

Exercícios relacionados