(UEL - PR) Em qual das transformações a seguir, no sentido indicado, a energia envolvida mede o chamado “potencial de ionização”?
a) \mathrm{Cl}_{(\mathrm{g})}+1 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}_{(\mathrm{g})}^{-}
b) 2 \mathrm{Cl}_{(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{Cl}_{2(\mathrm{~g})}.
c) \mathrm{H}^{+}{ }_{(\mathrm{aq})}+\mathrm{OH}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}.
d) \mathrm{Na}_{(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{Na}^{+}{ }_{(\mathrm{g})}+1 \mathrm{e}^{-}.

Passo 1

O enunciado fornece quatro transformações químicas e pergunta: em qual delas a energia envolvida mede o chamado “potencial de ionização”? As quatro alternativas são (escrevo as reações exatamente como no enunciado):
a) \mathrm{Cl}_{(g)} + \mathrm{e}^- \rightarrow \mathrm{Cl}^-_{(g)}
b) 2\,\mathrm{Cl}_{(g)} \rightarrow \mathrm{Cl}_{2(g)}
c) \mathrm{H}^+_{(aq)} + \mathrm{OH}^-_{(aq)} \rightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{O}
d) \mathrm{Na}_{(g)} \rightarrow \mathrm{Na}^+_{(g)} + \mathrm{e}^-
O que é pedido: identificar qual dessas transformações corresponde à definição de “potencial de ionização” (ou energia de ionização).

Passo 2

O que é “potencial de ionização” (explicação didática):
  • O potencial de ionização (ou energia de ionização) é a energia necessária para remover um elétron de um átomo (ou íon) isolado no estado gasoso.
  • Em forma de reação-tipo, a primeira energia de ionização de um átomo X é associada à transformação
X_{(g)} \rightarrow X^+_{(g)} + e^-.
  • Aqui cada símbolo significa: X_{(g)} = átomo neutro no estado gasoso; X^+_{(g)} = íon positivo (perdeu um elétron) no estado gasoso; e^- = elétron removido.
  • A energia de ionização costuma ser expressa em \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}} ou em \mathrm{eV} por átomo. Ex.: a primeira energia de ionização de um átomo é sempre um valor positivo porque é preciso fornecer energia para arrancar o elétron.

Passo 3

Por contraste, explicar outros processos comuns (mini-aula rápida e clara):
  • Adição de elétron (afinidade eletrônica): corresponde a reações do tipo
X_{(g)} + e^- \rightarrow X^-_{(g)},
que medem a tendência do átomo a ganhar um elétron. Isso não é energia de ionização; é afinidade eletrônica (pode ser energia liberada).
  • Formação de ligação / formação de molécula: reações como
2\,X_{(g)} \rightarrow X_{2(g)}
envolvem energias de ligação (entalpia de ligação), não ionização.
  • Reações em solução aquosa, por exemplo neutralização
\mathrm{H}^+_{(aq)} + \mathrm{OH}^-_{(aq)} \rightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{O},
envolvem entalpias de neutralização e efeitos de solvatação; não representam a energia de remover um elétron de um átomo gasoso isolado.

Passo 4

Análise da alternativa (a): \mathrm{Cl}_{(g)} + \mathrm{e}^- \rightarrow \mathrm{Cl}^-_{(g)}
  • Esta reação representa a adição de um elétron ao átomo de cloro gasoso. Isso é exatamente o processo cuja energia se chama afinidade eletrônica (ou energia de captura do elétron), não energia de ionização.
  • Conclusão: (a) não é energia de ionização.

Passo 5

Análise da alternativa (b): 2\,\mathrm{Cl}_{(g)} \rightarrow \mathrm{Cl}_{2(g)}
  • Esta reação corresponde à formação da molécula de cloro a partir de átomos gasosos; a energia envolvida é a energia de ligação (ou variação de entalpia de formação da ligação Cl–Cl).
  • Não tem a ver com arrancar elétrons de átomos isolados.
  • Conclusão: (b) não é energia de ionização.

Passo 6

Análise da alternativa (c): \mathrm{H}^+_{(aq)} + \mathrm{OH}^-_{(aq)} \rightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{O}
  • Esta é uma reação ácido-base em solução aquosa (neutralização). A energia envolvida é entalpia de neutralização e inclui efeitos de solvatação/ligação em solução.
  • O potencial de ionização, por definição, refere-se a átomos isolados no estado gasoso; aqui há íons em solução, portanto não é o que se mede na ionização de um átomo gasoso.
  • Conclusão: (c) não é energia de ionização.

Passo 7

Análise da alternativa (d): \mathrm{Na}_{(g)} \rightarrow \mathrm{Na}^+_{(g)} + \mathrm{e}^-
  • Esta reação é exatamente do tipo apresentado na Passo 2: um átomo neutro no estado gasoso perde um elétron, formando um íon positivo gasoso.
  • A energia associada a essa transformação é, por definição, a primeira energia de ionização do sódio.
  • Portanto (d) corresponde ao potencial (energia) de ionização.

Passo 8

Resposta final e motivação curta: a única alternativa que descreve diretamente a remoção de um elétron de um átomo isolado no estado gasoso é a (d). As demais alternativas descrevem afinidade eletrônica (a), formação de ligação (b) ou neutralização em solução (c), que são fenômenos energéticos diferentes.

Resposta

d)

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