Propriedades periódicas

As propriedades periódicas são características dos elementos químicos que se repetem periodicamente em função do número atômico, ou seja, em função do número de prótons no núcleo do átomo. Essas propriedades podem ser observadas em vários aspectos dos elementos, tais como raio atômico, energia de ionização, afinidade eletrônica e eletronegatividade.

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O raio atômico

O raio atômico é a medida do tamanho do átomo, que é determinada pela distância média entre o núcleo e a camada eletrônica externa. O raio atômico é expresso em angstroms (Å) ou em picômetros (pm).

O raio atômico tende a aumentar conforme se desce no grupo da tabela periódica. Isso ocorre porque, à medida que se adiciona uma camada eletrônica, o átomo se torna maior, já que a força de atração entre o núcleo e os elétrons diminui.

No entanto, ao longo de um período da tabela periódica, o raio atômico tende a diminuir, pois a carga nuclear efetiva (ou carga nuclear líquida) aumenta. A carga nuclear efetiva é a atração que o núcleo exerce sobre os elétrons da camada externa, descontando a repulsão dos elétrons das camadas internas. Como o número de prótons no núcleo aumenta ao longo de um período, a carga nuclear efetiva também aumenta, o que leva a uma diminuição do raio atômico.

Os raios atômicos (em picômetros) dos elementos do grupo principal.

Vale ressaltar que existem algumas exceções a essa tendência. Como mostra figura acima, os elementos do grupo 3 da tabela periódica (boro, alumínio, gálio, índio e tálio) apresentam um raio atômico menor do que o esperado em relação aos elementos do grupo 2 (berílio, magnésio, cálcio, estrôncio e bário) e do que em relação aos elementos do grupo 4 (carbono, silício, germânio, estanho e chumbo). Isso ocorre porque os elementos do grupo 3 têm elétrons na subcamada d, que não oferecem tanta blindagem contra a carga nuclear efetiva quanto os elétrons da subcamada p.

A energia de ionização

A energia de ionização é definida como a energia mínima necessária para remover um elétron de um átomo ou íon e isolado no estado gasoso. Esse processo é conhecido como ionização, e geralmente requer uma quantidade significativa de energia para superar a atração elétrica do núcleo pelo elétron.

A energia de ionização tende a aumenta da esquerda para a direita em um período e de baixo para cima, como mostra a fígura abaixo. Quanto maior a distância média entre o núcleo e os elétrons, menor será a atração entre eles, e, portanto, menor será a energia necessária para remover um elétron. Além disso, a remoção do primeiro elétron de um átomo permite que os elétrons restantes sejam atraídos com menos força pelo núcleo, facilitando a remoção dos elétrons subsequentes.

A remoção do primeiro elétron sempre requer menos energia do que a remoção subsequente, pois a carga positiva do núcleo aumenta e a carga negativa líquida diminui após cada remoção de elétron. Além disso, a energia de ionização geralmente aumenta à medida que avançamos da esquerda para a direita em um período da tabela periódica, pois o raio atômico diminui e a carga nuclear efetiva aumenta.

Por exemplo, considere a remoção do primeiro elétron do átomo de oxigênio (O). O oxigênio tem a configuração eletrônica 1s2 2s2 2p4. A remoção do primeiro elétron ocorre no orbital 2p, e requer uma energia de ionização de aproximadamente 1314 kJ/mol. A remoção do segundo elétron também ocorre no orbital 2p, mas requer mais energia de ionização, cerca de 3388 kJ/mol, porque agora há menos repulsão eletrostática entre o elétron restante e o núcleo. Abaixo, está uma tabela com as valores aproximados de energias de ionização de alguns elementos para a primeira, segunda e terceira remoções de elétrons:

A estabilidade dos orbitais semipreenchidos e totalmente preenchidos tem um grande impacto na energia de ionização dos átomos e íons. Os elementos que possuem orbitais semipreenchidos ou completamente preenchidos tendem a ter energias de ionização mais elevadas, porque a remoção de elétrons desses orbitais leva a uma perda significativa de estabilidade.

Por exemplo, o hélio é mais estável do que o hidrogênio porque possui um orbital s completamente preenchido, enquanto o hidrogênio tem apenas um elétron em seu orbital s. Quando um elétron é removido do hélio, há uma perda significativa de estabilidade devido à perda do orbital s completamente preenchido, o que resulta em uma energia de ionização mais alta do que no hidrogênio. Da mesma forma, os elementos do grupo 18 (gases nobres) têm as maiores energias de ionização em seus respectivos períodos devido aos seus orbitais p e s completamente preenchidos.

A afinidade eletrônica

A afinidade eletrônica é uma propriedade periódica dos elementos que descreve a capacidade de um átomo em receber um elétron e formar um íon negativo. Ela é definida como a energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo neutro, isolado no estado gasoso.

A afinidade eletrônica é geralmente um processo exotérmico, ou seja, libera energia. Isso ocorre porque o átomo neutro tende a ganhar estabilidade ao adquirir um elétron extra e se tornar um íon negativo. Porém, nem todos os elementos possuem afinidade eletrônica positiva. Alguns elementos, como os gases nobres, têm afinidade eletrônica nula ou negativa, o que significa que eles não têm a tendência de receber elétrons.

Como mostra a fígura acima, a afinidade eletrônica aumenta da esquerda para a direita em um período e de baixo para cima em uma família na tabela periódica. Isso ocorre porque à medida que um átomo se torna menor e mais eletronegativo, ele tem maior afinidade por elétrons. 

Perguntas e respostas:

Por que os halogênios têm alta afinidade eletrônica?

Os halogênios, como o flúor, cloro e bromo, têm uma alta afinidade eletrônica devido a sua configuração eletrônica em que possuem apenas um elétron faltando para completar sua camada externa, tornando-se muito reativos para aceitar um elétron adicional. Além disso, eles têm alta carga nuclear efetiva, o que significa que a atração entre o núcleo e os elétrons é forte, tornando mais fácil atrair elétrons adicionais. O pequeno tamanho dos halogênios também contribui para sua alta afinidade eletrônica, uma vez que a distância entre o núcleo e os elétrons é menor em comparação com átomos maiores, o que resulta em uma maior atração elétrica e, portanto, maior energia liberada quando um elétron é adicionado.

Por que a afinidade eletrônica dos gases nobres é positiva?

Isso ocorre porque os gases nobres já possuem uma camada externa completa de elétrons, o que significa que não têm necessidade de ganhar ou perder elétrons para obter uma configuração eletrônica estável. Portanto, a adição de elétrons a um átomo de gás nobre exigiria a quebra da estabilidade alcançada pela camada externa completa, exigindo assim uma grande quantidade de energia. Isso resulta em uma afinidade eletrônica positiva para os gases nobres.

A afinidade eletrônica é positiva ou negativa?

a afinidade eletrônica pode ser positiva ou negativa, dependendo do átomo em questão. Em geral, a afinidade eletrônica é negativa, o que significa que a energia é liberada quando um elétron é adicionado a um átomo neutro. No entanto, em alguns casos, como no segundo processo de adição de elétron, a afinidade eletrônica pode ser positiva, o que significa que é necessário fornecer energia para adicionar um elétron adicional.

A eletronegatividade

A eletronegatividade é a capacidade relativa de um átomo em um composto de atrair elétrons para si mesmo. Essa propriedade é importante para entender a polaridade das ligações químicas e a distribuição de carga em moléculas.

A eletronegatividade aumenta ao longo de um período da tabela periódica, uma vez que a carga nuclear efetiva (ou carga nuclear líquida) aumenta. Como mencionado anteriormente, a carga nuclear efetiva é a atração que o núcleo exerce sobre os elétrons da camada externa, descontando a repulsão dos elétrons das camadas internas. Como o número de prótons no núcleo aumenta ao longo de um período, a carga nuclear efetiva também aumenta, o que torna mais fácil para um átomo atrair elétrons de outros átomos.

Ao longo de um grupo da tabela periódica, a eletronegatividade tende a diminuir, uma vez que a distância média entre o núcleo e os elétrons aumenta. Quanto maior a distância média entre o núcleo e os elétrons, menor será a atração entre eles, e, portanto, menor será a eletronegatividade.

A eletronegatividade é medida em uma escala relativa chamada de Escala de Pauling. Nessa escala, o flúor é o elemento mais eletronegativo, com uma eletronegatividade de 4,0, enquanto o elemento menos eletronegativo é o frâncio, com uma eletronegatividade de 0,7.

A eletronegatividade também está relacionada com a polaridade das ligações químicas. Uma ligação covalente polar ocorre quando dois átomos têm diferenças significativas em sua eletronegatividade. Nesse tipo de ligação, os elétrons são puxados em direção ao átomo mais eletronegativo, o que resulta em uma distribuição desigual de carga na molécula. Em contraste, em uma ligação covalente não polar, os átomos têm a mesma eletronegatividade ou diferenças muito pequenas, resultando em uma distribuição de carga uniforme na molécula.

Perguntas e respostas:

Qual é a diferença entre afinidade eletrônica e eletronegatividade?

A eletronegatividade é a medida da capacidade de um átomo de atrair elétrons para si em uma ligação química com outro átomo. A afinidade eletrônica, por sua vez, é a quantidade de energia liberada ou absorvida quando um átomo neutro recebe um elétron. Enquanto a eletronegatividade está relacionada com a formação de ligações químicas, a afinidade eletrônica está relacionada com a tendência de um átomo aceitar um elétron em um estado neutro.

Como a eletronegatividade de um elemento afeta sua ligação?

Isso ocorre porque esses elementos têm uma forte atração pelos elétrons e são capazes de atrair facilmente elétrons de outros elementos com baixa eletronegatividade, criando uma ligação iônica entre os dois. Por outro lado, elementos com eletronegatividade semelhante tendem a formar ligações covalentes, compartilhando elétrons de maneira equitativa. Quando dois átomos têm eletronegatividades muito diferentes, a ligação resultante será predominantemente iônica.

Qual o elemento mais eletronegativo e o menos eletronegativo da tabela periódica?

O flúor é geralmente considerado o elemento mais eletronegativo, enquanto o césio é o menos eletronegativo.