Qual é a relação geral entre o tamanho de um átomo e sua primeira energia de ionização?
(b) Explique as anomalias na variação da energia de ionização do Be para o B e do N para o O.

Passo 1

Vamos entender o que a questão está nos pedindo. Primeiro, queremos saber como o tamanho de um átomo se relaciona com sua primeira energia de ionização. Isso envolve conceitos de química sobre a estrutura atômica e como os elétrons são mantidos pelo núcleo. Para resolver, vamos precisar entender o que é energia de ionização, o que afeta seu valor e como o tamanho do átomo entra nessa relação.

Passo 2

A primeira energia de ionização é a energia necessária para remover o primeiro elétron de um átomo neutro. Em geral, quanto menor o átomo, mais perto os elétrons estão do núcleo, aumentando a atração nuclear sobre eles. Isso significa que quanto menor o átomo, maior será a sua primeira energia de ionização. A relação pode ser entendida pela fórmula da energia de ionização que depende da carga do núcleo e da distância dos elétrons:
Ei propto Zr
onde é a energia de ionização, é a carga nuclear efetiva, e é o raio atômico.

Passo 3

Agora, vamos falar sobre as anomalias na variação da energia de ionização de Be para B e de N para O. Normalmente, esperaríamos que a energia de ionização aumentasse à medida que o número atômico aumenta dentro de um período, devido ao aumento da carga nuclear. No entanto:
  • Be para B: Em berílio (Be), os elétrons estão todos emparelhados em orbitais. Em boro (B), há um elétron desemparelhado, o que reduz um pouco a energia necessária para removê-lo devido à repulsão entre elétrons desemparelhados.
  • N para O: No nitrogênio (N), há um elétron desemparelhado adicional em comparação ao oxigênio (O). Contudo, no oxigênio, a presença de pares de elétrons em orbitais p causa maior repulsão, tornando mais fácil remover um elétron, o que diminui a energia de ionização.

Resposta

Em geral, átomos menores têm maiores primeiras energias de ionização devido à maior atração nuclear sobre os elétrons. As anomalias observadas de Be para B e de N para O ocorrem porque a remoção de elétrons em B e O é facilitada pela presença de elétrons desemparelhados ou pelo aumento da repulsão entre elétrons emparelhados, respectivamente, resultando em energias de ionização ligeiramente menores do que o esperado.

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