Raio Atômico e Raio Iônico

Teoria Completa

Saber entender as propriedades periódicas é quase tão importante quanto saber ler a tabela.

As propriedades periódicas são todas aquelas que seguem uma tendência conforme a gente anda na tabela, e o raio atômico é uma delas!

A gente já viu como um elemento se situa na tabela, como saber seu período e família e como sua configuração eletrônica tem ligação com isso tudo, né? Agora vamos dar uma olhada no raio atômico e entender porque ele se relaciona tanto com a tabela periódica 😊

A Carga Nuclear Efetiva e o Efeito de Blindagem

Esses conceitos são muiiiiito importantes para as propriedades periódicas, mas vem com a gente que você vai entender rápido!

Vamos pegar como exemplo o estrôncio, S r 38 87 .

O estrôncio tem Z = 38 , ou seja, seu núcleo tem 38 prótons = 38 cargas positivas no núcleo. Sua carga nuclear total também é 38!

Isso porque a carga nuclear de um átomo é a carga positiva do seu núcleo. Ou seja, o número de prótons que ele tem, que é igual a Z .

Agora imagina que você é um elétron lá da 5ª camada, ou seja, um elétron da camada de valência do estrôncio. Sim, você tem número quântico principal n = 5 , valeu?

Quero que você pense em duas situações:

  1. Não tem nenhum elétron nas camadas anteriores à quinta;
  2. Existem elétrons nas outras camadas.

Você tá sentindo a diferença? Sério, abstrai! Pensa em você lá perdidão na eletrosfera, enxergando aquele núcleo positivo todinho só pra você, te atraindo sem nenhum elétron entre vocês.

E agora na situação b, você ainda enxerga o núcleo, mas tem tantos caras entre vocês, que a atração que você sente pelo núcleo até diminui.

Pra um elétron atrapalhar a sua atração com o núcleo, ele não precisa estar “exatamente na reta entre você e o núcleo” porque, segundo a quântica, o elétron não está em lugar nenhum, lembra?

Qualquer elétron da eletrosfera pode estar (com diferentes probabilidades) entre você e o núcleo e, por isso, ele blinda a ação do núcleo em relação a você.

Blindar significa diminuir a carga nuclear que um elétron sente. E a carga nuclear efetiva ( Z e f f ) é exatamente o que “sobra” da carga nuclear depois que ela foi blindada. É a carga nuclear que realmente está conseguindo atrair o elétron.

Ou seja, voltando pra situação onde você é o elétron lá da 5 a camada: você não vai conseguir sentir toooodos os 38 prótons do núcleo do estrôncio te atraindo. Na real, como tem tantos outros elétrons entre você e o núcleo, você sente bem menos dessa força de atração.

Mas você ainda sente alguma coisa! Essa carga nuclear que você ainda sente, mesmo com o efeito de blindagem do povo todo que está entre você e o núcleo, é a carga nuclear efetiva.

E como a gente calcula essa carga nuclear efetiva?

Pra fins qualitativos costumamos dizer que apenas os elétrons da mesma camada ou camadas anteriores blindam a carga nuclear que atinge um elétron.

E elétrons em orbitais do tipo s blindam mais que os do tipo p, que blindam mais que os do tipo d, que blindam mais que os do tipo f...

Isso porque, quanto mais nós o orbital apresenta, menor seu poder de blindagem. Faz sentido né? Se existe uma “região” onde a probabilidade de encontrar o elétron é nula, a blindagem também será nula ali. E o número de nós é igual a l - 1 .

Para fins quantitativos, alguns professores preferem usar o método de Slater.

Pelo Método de Slater:

Z e f f = Z - S

Onde S é um fator de blindagem, que depende do orbital ocupado pelo elétron em relação aos elétrons de valência (aqueles da última camada).

Todos os elétrons sofrem o efeito de blindagem. Mas a gente foca sempre nos elétrons de valência porque eles são os mais importante pro raio atômico (e para outras propriedades periódicas).

Pelo método de Slater:

  • Elétrons de uma camada mais externa ( n maior) não blindam;
  • Elétrons na mesma camada (mesmo n ) causam blindagem igual a 0,35;
  • Elétrons na camada n - 1 causam blindagem igual a 0,85;
  • Elétrons na camada n - 2 ou mais internos causam blindagem igual a 1,00.

Por exemplo, para o magnésio:

M g 12   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2

Para um dos elétrons de valência:

  • Um elétron na mesma camada (0,35);
  • Oito elétrons na camada n - 1 (8 x 0,85);
  • Dois elétrons na camada n - 2 (2 x 1,00);

O cálculo de S fica assim:

S = 0,35 + 8 x 0,85 + 2 x 1,00

S = 9,15

E a carga nuclear efetiva do Mg fica:

Z e f f = Z - S = 12 - 9,15 = 2,85

De um modo geral, a carga nuclear efetiva aumenta da esquerda para a direita na tabela periódica, acompanhando o aumento de Z .

O Tamanho dos Átomos

Você já se perguntou qual é o tamanho de um átomo?

O tamanho de um único átomo fica na ordem de 10 - 10 metros. E por isso mesmo costumamos falar do tamanho dos átomos em Angstrom (ou ångström, de símbolo Å), que equivale a, exatamente 1 . 10 - 10 m.

Mas os átomos não são todos do mesmo tamanho.

Olha só, lembra que a gente falou que o número quântico principal tinha a ver com o volume/tamanho do orbital? Então, quanto maior o n maior o orbital.

Pensando nisso, quanto maior o n , maior a possibilidade de encontrar o elétron mais longe do núcleo:

Você também pode entender como isso funciona, pensando no modelo de Bohr-Rutherford. Quanto maior o n , maior era a camada da elestrosfera.

Onde a gente quer chegar com isso?

O tamanho do átomo é medido pelo raio atômico, que é a distância entre o núcleo e o elétron mais distante na eletrosfera.

Olha como fica o raio do hidrogênio (configuração eletrônica 1s¹) e o raio do lítio (1s² 2s¹).

Quanto mais camadas na eletrosfera, maior o raio atômico.

O Raio Atômico e a Tabela Periódica

Lembra que a gente falou que a tabela periódica nos dá informação pra caramba?

Pois é. O raio atômico é uma delas. Como o raio atômico varia de forma relativamente regular na tabela periódica, ele é dito uma propriedade periódica.

Na tabela periódica, o raio atômico aumenta quando o período aumenta ou, num mesmo período, quando o número atômico diminui.

Isso nos leva aquele esquema que muitos professores do ensino médio ensinam:

Pra dizer que o raio atômico aumenta pra baixo e pra esquerda na tabela.

O motivo do raio atômico aumentar quando o período da tabela aumenta é muito simples: quanto maior o período, mais níveis na eletrosfera, mais distante o elétron mais externo está do núcleo.

Em um mesmo período, o motivo do raio atômico ser maior quanto menor o número atômico é um pouquinho mais rebuscado.

O número atômico é igual ao número de prótons, certo? Os prótons são positivos e atraem os elétrons, certo? Quanto mais prótons eu tiver no núcleo, mais forte eu vou atrair os elétrons em direção ao núcleo. Faz sentido? E se eu atrair os elétrons com mais força, mais perto do núcleo eles vão orbitar, ou seja, menor vai ser o raio atômico.

Mas, como a gente acabou de ver, uns elétrons blindam a ação atrativa do núcleo sobre os outros elétrons.

Então o raio atômico não depende diretamente do número atômico, mas da carga nuclear efetiva.

E quanto maior a carga nuclear efetiva, menor o raio atômico.

É tipo assim:

Quanto mais prótons presentes no núcleo, mais o núcleo atrai os elétrons pra perto de si.

O Raio Iônico

Você se lembra do que é um íon, né? São aqueles carinhas como I - ,   N a + ,   B a + 2 ,   O - 2 ,   e t c .

Os íons são átomos que perderam ou ganharam elétrons. Com isso, eles deixaram de ser neutros (número de prótons igual ao número de elétrons) e passaram a ter carga.

Quando um átomo perde um elétron, ele fica com mais prótons do que elétrons e assume carga positiva, formando um cátion.

Quando um átomo ganha um elétron, ele fica com mais elétrons do que prótons e assume carga negativa, formando um ânion.

Agora vamos pensar no tamanho desse caras.

Se o raio atômico é a distância do núcleo em relação ao elétron mais externo do átomo, o raio iônico é a distância do núcleo em relação ao elétron mais externo de um íon.

Quando um átomo ganha um elétron na sua camada de valência, dois efeitos ocorrem que levam a um aumento do raio:

  • Com mais elétrons na eletrosfera, maior a repulsão entre os elétrons. Eles se afastam mais uns dos outros, aumentando o volume da eletrosfera.
  • Com mais elétrons, o efeito da blindagem aumenta. Os elétrons da camada de valência passam a ser blindados por mais elétrons, sentindo menos a atração do núcleo.

Por outro lado, a perda de um elétron causa a diminuição do raio porque:

  • Muitas vezes uma camada inteira é desocupada. Com menos camadas ocupadas na elestrosfera, menor o raio.
  • O efeito da blindagem diminui. O núcleo passa a atrair um número menor de elétrons, causando uma atração individual maior.
  • A repulsão elétron-elétron diminui.

Então a regra é que, em relação ao átomo nêutro:

  • O ânion tem raio maior;
  • O cátion tem raio menor.

Não esquece que tem exercício pra gente praticar isso tudo aí juntos, hein!

Expandir

Exercício Resolvido #1

UFG - Lista de Exercícios de Química Geral. Professora Helen. Questão 19.

O Brasil é o campeão mundial da reciclagem de alumínio, colaborando com a preservação do meio ambiente. Por outro lado, a obtenção industrial do alumínio sempre foi um processo caro, consumindo grande quantidade de energia. No passado, a obtenção industrial do alumínio já foi tão cara que, apenas em ocasiões especiais, Napoleão III usava talheres de alumínio. Com relação ao alumínio, pede-se:

  1. Qual a configuração eletrônica do cátion do alumínio isoeletrônico ao gás neônio.
  2. Compare o íon Al3+ com os íons Na+ e Mg2+, ordenando as três espécies em ordem crescente de raio iônico.
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Passo 1

a) O alumínio tem número atômico 13. Então sua configuração eletrônica é assim:

A l :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 1 13  

E o neônio, de número atômico 10, é assim:

N e :   1 s 2   2 s 2   2 p 6 10  

Pro alumínio ficar isoeletrônico em relação ao neônio, ele deve perder 3 elétrons, formando o cátion Al3+:

A l 3 + :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   13  

Passo 2

b) Vamos ver a configuração eletrônica desses caras e ver se a gente consegue tirar alguma conclusão sobre os raios.

A l 3 + :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   13  

N a + :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   11  

M g 2 + :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   12  

Beleza. Os três tem a mesma configuração eletrônica. Então os elétrons estão ocupando os mesmos subníveis.

Raio iônico é a distância do núcleo em relação ao último elétron (o mais distante) da eletrosfera de um íon.

Como todos os cátions acima apresentam o último elétron no mesmo orbital, a gente vai ter que olhar pros núcleos desses caras.

Algum palpite de quem “puxa os elétrons pra mais perto de si”?

Vai puxar mais quem tiver mais prótons no núcleo e maior carga catiônica.

Então o núcleo do alumínio puxa os elétrons mais do que o núcleo do magnésio que puxa mais do que o núcleo do sódio.

Puxar os elétrons significa manter eles mais perto, diminuindo o raio do íon, assim nesse caso, quem tem a maior carga do núcleo vai ter o menor raio atômico.

A ordem de tamanho do raio iônico fica assim:

A l 3 + < M g 2 + < N a +

Resposta

a) A l 3 + :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   13  

b) A l 3 + < M g 2 + < N a +

Exercício Resolvido #2

UFG - Lista de Exercícios de Química Geral. Professora Helen. Questão 5. Modificada

Quando um ou mais elétrons são removidos de um átomo, a partícula resultante é um íon positivo. Explique por que isso ocorre e como isso modifica o raio do átomo.

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Passo 1

Um átomo nêutro tem o número de elétrons igual ao número de prótons.

Caso elétrons sejam removidos do átomo, o número de prótons passa a ser maior que o número de elétrons.

Como o próton tem carga positiva, a retirada de elétrons gera um “desequilíbrio de cargas” no átomo, que passa a ter carga positiva.

Um átomo com carga é chamado de íon. Quando a carga é positiva, chamamos de cátion.

Passo 2

-

E como isso interfere no raio do átomo?

Quando elétrons são retirados, o raio diminui.

Caso a retirada de elétrons faça com que o átomo perca uma camada inteira da eletrosfera, é relativamente tranquilo de imaginar que o raio vai diminuir.

Afinal, com a última camada do átomo nêutron desocupada, a penúltima camada dele passa a ser a camada de valência do cátion. Com um n menor, menor o raio.

Ainda que a perda de elétrons não resulte na perda de uma camada inteira, o raio diminui.

A gente pode imaginar que no átomo neutro, x prótons estão atraindo x elétrons. Ok. Retirando um elétron, x prótons estarão atraindo um número menor de elétrons ( x - 1 ). Atraindo menos elétrons, esses prótons podem atrair “com mais força” cada elétron individualmente.

É mais fácil segurar 5 melancias ou 4 melancias? Pro núcleo, um número menor de elétrons é mais fácil de “segurar”, então ele consegue manter esses elétrons mais perto, diminuindo o raio.

Com menos elétrons, o efeito de blindagem diminiu e a carga efetiva aumenta.

Com menos elétrons, a repulsão elétron-elétron diminui e eles podem ficar mais “próximos”.

Todos esses são fatores que causam a diminuição do raio.

Resposta

Exercício Resolvido #3

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 41-exemplo 1.11.

Arranje cada um dos seguintes pares de íons na ordem crescente do raio iônico:

a) M g 2 + e C a 2 +

b) O 2 - e F -

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Passo 1

a) Via de regra, para cátions do mesmo grupo, quanto maior o período na tabela periódica, maior o raio. Mas vamos ver um passo-a-passo.

Tabela periódica na mão pra descobrir o número atômico do magnésio e cálcio. Depois vamos fazer a distribuição eletrônica de cada um, retirar os elétrons pra ver a configuração eletrônica dos cátions e, finalmente, fazer um estudo do raio. Beleza?

M g :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2 ⏟ e l é t r o n s   d e   v a l ê n c i a 12  

C a :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2 ⏟ e l é t r o n s   d e   v a l ê n c i a 20  

Pra formar os cátions com duas cargas positivas, magnésio e cálcio perdem seus dois elétrons de valência:

M g 2 + :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   12  

C a 2 + :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   20  

Como o cátion do cálcio tem uma camada a mais na eletrosfera, seu raio deve ser maior que o do cátion de magnésio de mesma carga.

M g 2 + < C a 2 +

Passo 2

b) Como oxigênio e flúor estão no mesmo período, via de regra, quem tem maior carga nuclear efetiva tem menor raio. Vamos ver o passo-a-passo:

Primeiro a configuração dos átomos neutros:

O 8   :   1 s 2   2 s 2   2 p 4

F 9   :   1 s 2   2 s 2   2 p 5

E pra virar ânions, esses caras daí precisam ganhar elétrons. Pelo enunciado, o oxigênio deve ganhar dois elétrons e o flúor, um.

O 2 - 8   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6

F 9   - :   1 s 2   2 s 2   2 p 6

Beleza, as configurações eletrônicas estão iguaizinhas. Mas isso NÃO quer dizer que os átomos são iguais.

Como o flúor tem número atômico maior, ele atrai mais os elétrons em direção ao núcleo, diminuindo o raio iônico.

F - < O - 2

Resposta

a) M g 2 + < C a 2 +

b) F - < O - 2

Exercício Resolvido #4

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 52-1.89.

Coloque os seguintes íons na ordem crescente do raio iônico: S 2 - , C l - , P 3 - .

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Passo 1

Vamos ver onde esses caras estão na tabela periódica e quais são seus números atômicos.

Passo 2

Primeiro a gente faz a configuração dos átomos neutros:

P 15   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 3

S 16   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 4

C l 17   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 5

Depois dos íons com as cargas solicitadas:

P 3 - 15   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6

S 2 - 16   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6

C l - 17   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6

Passo 3

Via de regra, em um mesmo período, os íons com maior carga nuclear efetiva terão raio menor.

Ou seja, quanto mais para a direita da tabela periódica, maior o raio.

De fato, os três íons estudados tem a mesma configuração eletrônica, então quanto maior o número atômico, maior a atração dos prótons em relação aos elétrons da eletrosfera, e menor o raio.

A ordem crescente fica assim:

C l -   <   S 2 - <   P 3 -

Resposta

C l -   <   S 2 - <   P 3 -

Exercício Resolvido #5

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 52-1.90.

Qual dos íons de cada par tem o maior raio:

  1. Ca2+, Ba2+
  2. As3-, Se2-
  3. Sn2+, Sn4+
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Passo 1

a) Tabela periódica na mão pra ver que cálcio e bário estão na mesma família, mas enquanto o Ca está no 4º período, o Ba está no 6º. Com mais níveis na eletrosfera, o Ba tem raio atômico maior e o cátion Ba2+ é maior que o cátion Ca2+

A gente também pode ver isso fazendo a configuração eletrônica dos dois:

C a 2 + 20   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6

B a 2 + 56   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6

Com elétrons ocupando 5 níveis da eletrosfera, o Ba2+ é maior que o Ca2+, que tem apenas 3 níveis ocupados.

Passo 2

b) Pela tabela periódica, As e Se estão no mesmo período, mas As está na família 15 enquanto Se está na família 16.

A regra para elementos do mesmo período é que, quanto maior a carga nuclear efetiva, menor o raio. Ou seja, o raio descresce para a esquerda da tabela e um átomo de Se deve ser menor que um átomo de As.

Vamos olhar os ânions:

A s 3 - 33   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6

S e 2 - 34   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6

Pronto: os dois com a mesma configuração eletrônica mas o Se com maior número de prótons no núcleo, atraindo mais os elétrons e fazendo com que o raio fique menor.

Passo 3

c) Agora a gente tá comparando dois cátions do mesmo elemento.

Quando um elemento perde elétrons e se torna um cátion, o raio sempre diminui.

Quanto mais elétrons forem perdidos, menor o raio iônico.

Assim, Sn4+, com menos elétrons, é menor que Sn2+.

Quer ver as configurações eletrônicas?

S n 2 + 50   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10

S n 4 + 50   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   4 d 10

E o Sn4+ é menor que o Sn2+.

Resposta

a) Ba2+

b) As3-

c) Sn2+

Exercício Resolvido #6

USP - Lista 2 de Exercícios de Química Geral. Ligações. Questão 2.1.

Dê a configuração eletrônica para os seguintes íons: Li+, Ca2+, O2-, Br-, Fe3+, Ni2+. Compare, qualitativamente, o tamanho destes íons com os átomos neutros de origem.

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Passo 1

Pra comparar o tamanho dos íons com seus átomos neutros, vamos sempre fazer a configuração eletrônica dos dois.

Lembrando sempre que a perda de elétrons diminui o raio e o ganho de elétrons aumenta o raio.

Quando a perda ou ganho de elétrons gera a ocupação de um nível antes desocupado ou a desocupação de um nível inteiro da eletrosfera, grandes mudanças são observadas. Caso contrário, as alterações no raio são pequenas.

Passo 2

Para o lítio:

L i 3   :   1 s 2   2 s 1 ⏟

L i + 3   :   1 s 2

E a gente observa uma grande redução do raio devido a desocupação da camada de n = 2 .

Passo 3

Para o cálcio:

C a 20   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2 ⏟

C a 2 + 20   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6

E a gente observa uma grande redução do raio devido a desocupação da camada de n = 4 .

Passo 4

Para o oxigênio:

O 8   :   1 s 2   2 s 2   2 p 4

O 2 - 8   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6 ⏟

Como os novos elétrons foram alocados em um subnível que já estava ocupado, o aumento no raio é pequeno.

Passo 5

Para o bromo:

B r 35   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 5

B r - 35   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6 ⏟

Como o novo elétron foi alocado em um subnível que já estava ocupado, o aumento no raio é pequeno.

Passo 6

Para o ferro:

F e 26   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   ⏟ 3 d 6

F e 2 + 26   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   3 d 6

F e 3 + 26   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   3 d 5

Do ferro neutro para o cátion +2 a gente vai observar uma redução grande do raio porque um nível da camada eletrônica foi desocupado. Já entre o Fe2+ e o Fe3+, ocorre uma redução pequena do raio.

Passo 7

Para o níquel:

N i 28   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   ⏟ 3 d 8

N i 2 + 28   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   3 d 8

Como a perda de elétrons acarretou na desocupação da quarta camada da eletrosfera, uma grande diminuição do raio é observada.

Resposta

Exercício Resolvido #7

UNESP - Lista de Exercícios de Química Geral. Exercício 4. Modificado.

Dê a configuração eletrônica para os seguintes íons: Na+, Ba2+, S2-, Cl-, Ag+1, Ni2+ e Ni3+. Compare, qualitativamente, o tamanho destes íons com os átomos neutros de origem.

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Passo 1

Pra comparar o tamanho dos íons com seus átomos neutros, vamos sempre fazer a configuração eletrônica dos dois.

Lembrando sempre que a perda de elétrons diminui o raio e o ganho de elétrons aumenta o raio.

Quando a perda ou ganho de elétrons gera a ocupação de um nível antes desocupado ou a desocupação de um nível inteiro da eletrosfera, grandes mudanças são observadas. Caso contrário, as alterações no raio são pequenas.

Passo 2

Para o sódio:

N a 11   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 1 ⏟

N a + 11   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6

E a gente observa uma grande redução do raio devido a desocupação da camada de n = 3 .

Passo 3

Para o bário:

B a 56   : 1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2 ⏟

B a 2 + 56   : 1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6

E a gente observa uma grande redução do raio devido a desocupação da camada de n = 6 .

Passo 4

Para o enxofre:

S 16   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 4

S 2 - 16   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6 ⏟

Como os novos elétrons foram alocados em um subnível que já estava ocupado, o aumento no raio é pequeno.

Passo 5

Para o cloro:

C l 17   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 5

C l - 17   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6

Como o novo elétron foi alocado em um subnível que já estava ocupado, o aumento no raio é pequeno.

Passo 6

Para a prata:

A g 47   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 1   ⏟ 4 d 10

A g + 47   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   4 d 10

Atenção!!

A configuração da prata é uma daquelas exceções. Ao invés de 5 s 2   4 d 9 , observamos 5 s 1   4 d 10 . Devido a isso, a perda de um único elétron gera a desocupação do nível n = 5 , e uma grande redução do raio é observada.

Passo 7

Para o níquel:

N i 28   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   ⏟ 3 d 8

N i 2 + 28   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   3 d 8

N i 3 + 28   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   3 d 7

Do níquel neutro para o cátion +2 a gente vai observar uma redução grande do raio porque um nível da camada eletrônica foi desocupado. Já entre o Ni2+ e o Ni3+, ocorre uma redução pequena do raio.

Resposta

Exercício Resolvido #8

USP - Lista 2 de Exercícios de Química Geral. Ligações. Questão 2.2.

Explique porque o raio iônico do íon Mg2+ é menor do que o do íon S2-, enquanto o raio atômico do Mg é maior do que o raio atômico do S.

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Passo 1

Vamos ver a distribuição eletrônica dessa galera:

M g 12   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2  

M g 2 + 12   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6

S 16   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 4

S 16   2 - :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6

Passo 2

Por que o raio iônico do íon Mg2+ é menor do que o do íon S2-?

Porque o íons de enxofre tem elétrons ocupando a terceira camada da eletrosfera enquanto no íon de magnésio a última camada ocupada é a segunda.

“Ah, mais o S tem carga nuclear efetiva maior!!!”

Sim, é verdade. Mas normalmente o fator camada preenchidas é mais importante que o fator carga efetiva.

E o enunciado já te diz quem é maior, você só vai dizer os motivos que levam a isso.

Caso o enunciado dissesse o contrário, você teria que “apelar” tentando explicar pela carga nuclear efetiva.

Por que o raio atômico do Mg é maior do que o raio atômico do S?

Para elementos do mesmo período (os dois tem a maior camada ocupada em n = 3 ), quanto maior a carga nuclear efetiva, menor o raio.

Agora por que essa inversão de ordem de tamanho entre os átomos e os íons?

Primeiro estamos falando de cátions e ânions. Sabemos que cátions tem raios menores que seus átomos neutros e ânions tem raios maiores.

Podemos ainda observar que ao perder dois elétrons, o magnésio desocupa uma camada da eletrosfera, sofrendo uma grande redução de raio. O aumento do raio do enxofre ao ganhar elétrons é mais sutil, uma vez que os novos elétrons são alocamas em um nível já existente.

Resposta

Exercício Resolvido #9

Elaboração própria.

Em relação ao raio atômico, raio iônico e a tabela periódica, assinale verdadeiro ou falso, justificando as falsas.

( ) O raio atômico não é uma característica periódica.

( ) Em um mesmo período, o raio atômico decresce da esquerda para a direita.

( ) Em uma mesma família, o raio atômico é constante.

( ) O raio iônico do Ca2+ é maior que o raio atômico do Ca.

( ) O raio iônico de um ânion é sempre maior que o raio atômico do seu átomo nêutron de origem.

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Passo 1

(F) O raio atômico não é uma característica periódica.

Falso!

Como a gente viu, o raio atômico apresenta uma peridiocidade. Isso é, existe uma tendência de aumento dos raios que pode ser observada ao analisar os períodos da tabela periódica.

Uma característica não periódica independe da posição do elemento na tabela.

Passo 2

(V) Em um mesmo período, o raio atômico decresce da esquerda para a direita.

Verdadeiro!

Para elementos do mesmo período (mesmo número de camadas ocupadas na eletrosfera), quanto maior a carga nuclear efetiva, menor o raio do átomo. E elementos com maior Z e f f ficam à direita.

Passo 3

(F) Em uma mesma família, o raio atômico é constante.

Falso!

Em uma mesma família, quanto maior o período, maior o número de camadas da eletrosfera ocupados e, assim, maior o raio atômico.

Passo 4

(F) O raio iônico do Ca2+ é maior que o raio atômico do Ca.

Falso!

A perda de elétrons leva um diminuição do raio da espécie. Portanto, o raio do Ca2+ é menor que o raio do Ca.

Passo 5

(V) O raio iônico de um ânion é sempre maior que o raio atômico do seu átomo nêutron de origem.

Verdadeiro!

O ganho de elétrons leva a um aumento no tamanho da espécie.

Resposta

F, V, F, F, V.

Exercício Resolvido #10

Elaboração própria.

Considere um elemento X com o último elétron do subnível mais energético designado por:

n = 3 , l = 1 , m l = - 1 e m s = - 1 2 .

E um elemento Y cujo último elétron do subnível mais energético apresenta os seguintes números quânticos:

n = 3 , l = 1 , m l = + 1 e m s = - 1 2 .

Dê a configuração eletrônica de X, faça o diagrama das caixas para o subnível mais eletrônico e indique se o raio de X é maior o menor do que Y, sabendo que ambos são isótropos.

Ao preencher os orbitais com elétrons, considere que o primeiro elétron de cada orbital tem spin = + 1 2 .

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Passo 1

Vamos fazer o diagrama das caixas para representar o elétron mais energético de X. Precisamos disso antes de fazer a configuração eletrônica para saber quantos elétrons estão no subnível mais energético desse átomo.

Então existem 4 elétrons nesse subnível, estando em azul o designado pelos números quânticos do enunciado.

Passo 2

A configuração eletrônica de X fica igual a:

1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 4

Pois precisa terminar em 3 p 4 .

Passo 3

Como o último elétron do subnível mais energético do Y tem n = 3 , l = 1 , m l = + 1 e m s = - 1 2 , o diagram de caixas desse cara fica assim:

E a configuração eletrônica de Y é dada por:

1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6

Passo 4

Com as configurações, podemos dizer que o raio de X é MENOR que o raio de Y.

Os dois tem o mesmo número de prótons e os mesmos subníveis ocupados. Mas com mais elétrons na eletrosfera, os elétrons de Y sofrem maior repulsão entre si e são menos atraídos pelo núcleo pelo efeito de blindagem.

Resposta

O raio de X é menor que o raio de Y.

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