Escreva a configuração eletrônica completa para as espécies químicas abaixo e determine a carga nuclear efetiva para o elétron mais externo. A partir do valor de Z ef calculado, coloque-os em ordem crescente de energia de ionização e justifique.
a) S
b) Ni^2+
c) Ca

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de química juntos! A pergunta pede para a gente:
  1. Escrever a configuração eletrônica completa para as espécies químicas: S, Ni^2+ e Ca.
  2. Determinar a carga nuclear efetiva ( Zef) para o elétron mais externo de cada uma.
  3. Com base no Zef, organizar essas espécies em ordem crescente de energia de ionização e justificar essa ordem.
Para isso, vamos precisar entender sobre configuração eletrônica e como calcular o Zef usando a fórmula de Slater.

Passo 2

Primeiro, vamos escrever a configuração eletrônica completa de cada espécie.
a) S (Enxofre)
O enxofre tem um número atômico Z = 16, então tem 16 elétrons. A configuração eletrônica é:
1s^2, 2s^2, 2p^6, 3s^2, 3p^4
b) Ni²⁺ (Níquel com carga +2)
O níquel tem Z = 28, mas como está com uma carga +2, ele perdeu 2 elétrons, ficando com 26 elétrons. A configuração eletrônica é:
1s^2, 2s^2, 2p^6, 3s^2, 3p^6, 3d^8
c) Ca (Cálcio)
O cálcio tem Z = 20, então tem 20 elétrons. A configuração eletrônica é:
1s^2, 2s^2, 2p^6, 3s^2, 3p^6, 4s^2

Passo 3

Agora, vamos calcular a carga nuclear efetiva ( Zef) para o elétron mais externo de cada espécie usando a fórmula de Slater:
Zef = Z - S
onde S é a constante de blindagem.
a) S (Enxofre)
Para o elétron 3p:
  • Proteção dos elétrons internos:
    • 1s: 2 elétrons times 0.85
    • 2s e 2p: 8 elétrons times 0.85
    • 3s e 3p: 5 elétrons times 0.35 (os elétrons na mesma camada não protegem muito)
  • Calculando S:
S = (2 times 0.85) + (8 times 0.85) + (5 times 0.35) = 1.7 + 6.8 + 1.75 = 10.25
Então,
Zef = 16 - 10.25 = 5.75
b) Ni²⁺ (Níquel +2)
Para o elétron 3d:
  • Proteção dos elétrons internos:
    • 1s: 2 elétrons times 0.85
    • 2s e 2p: 8 elétrons times 0.85
    • 3s e 3p: 10 elétrons times 0.35
  • Calculando S:
S = (2 times 0.85) + (8 times 0.85) + (10 times 0.35) = 1.7 + 6.8 + 3.5 = 12.0
Então,
Zef = 28 - 2 - 12.0 = 14.0
(Nota: Subtraímos 2 elétrons pela carga +2)
c) Ca (Cálcio)
Para o elétron 4s:
  • Proteção dos elétrons internos:
    • 1s: 2 elétrons times 0.85
    • 2s e 2p: 8 elétrons times 0.85
    • 3s e 3p: 8 elétrons times 0.35
  • Calculando S:
S = (2 times 0.85) + (8 times 0.85) + (8 times 0.35) = 1.7 + 6.8 + 2.8 = 11.3
Então,
Zef = 20 - 11.3 = 8.7

Passo 4

Agora que temos o Zef para cada espécie:
  • S: 5.75
  • Ni²⁺: 14.0
  • Ca: 8.7
A energia de ionização tende a aumentar com o aumento do Zef, porque um Zef maior significa que o elétron externo está mais fortemente atraído pelo núcleo, tornando mais difícil removê-lo.

Passo 5

Portanto, organizando em ordem crescente de energia de ionização:
S < Ca < Ni^2+
Justificativa:
  • O enxofre ( S) tem o menor Zef, então sua energia de ionização é a menor.
  • O cálcio ( Ca) tem um Zef intermediário, resultando em uma energia de ionização maior que a do enxofre.
  • O íon níquel ( Ni^2+) possui o maior Zef, portanto, tem a maior energia de ionização.

Resposta

A ordem crescente de energia de ionização é:
S < Ca < Ni^2+

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