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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS UFMG INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS ICEx Departamento de Química Setor de Química Inorgânica Tópico C Propriedades Atômicas e Tendências Periódicas Química Geral Questão 01 Considere a seguinte tabela de energias de ionização kJ mol1 As letras não representam símbolos químicos dos elementos Elemento 1ª Ei 2ª Ei 3ª Ei 4ª Ei 5ª Ei A Na 496 4562 6910 9543 13354 B Mg 738 1451 7733 10541 13629 C Si 789 1577 3232 4356 16091 D K 419 3052 4420 5877 7975 E Br 1140 2100 3500 4560 5760 a Qual destes elementos tem maior tendência para formar um cátion 2 Justifique sua resposta O átomo B tende a formar cátion 2 devido ao menor valor de energia de ionização para ionizar os dois primeiros elétrons b Qual par de elementos deve pertencer ao mesmo grupo na classificação periódica Nesse par qual tem maior Z Justifique sua resposta Os átomos A e D devem pertencer ao mesmo grupo Como os elétrons mais energéticos ocupam os mesmos subníveis mas em níveis diferentes o átomo D que tem menores energias de ionização deve apresentar maior número atômico Questão 02 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 Zef calculado coloqueos em ordem crescente de energia de ionização e justifique a S 9992 kJ mol1 b Ni2 17530 kJ mol1 c Ca 5896 kJ mol1 a 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 Zef 545 b 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 3d8 Zef 755 c 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Zef 285 Ordem de ionização experimental c a b Baseandose apenas nos valores de Zef a ordem deveria ser c a b Questão 03 Explique por que a energia de ionização do potássio é menor do que a do sódio ainda que a carga nuclear efetiva do sódio seja menor K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 Na 1s2 2s2 2p6 3s1 O último elétron no K ocupa um nível eletrônico mais externo portanto mais blindado Propriedades atômicas e tendências periódicas 1 Desenvolvimento da tabela periódica 2 Classificação periódica dos elementos 3 Variação periódica das propriedades físicas 4 Energia de ionização afinidade eletrônica e raio atômicoiônico 5 Tendências periódicas Questão 04 Observe o desenho que mostra representações em escala de algumas espécies químicas monoatômicas Leia as afirmativas abaixo e indique aquelas que considerar falsas ou verdadeiras F O raio do Br é maior do que o de Kr e o de Rb porque Br é a espécie que tem mais camadas eletrônicas ocupadas V O raio do Cl é maior do que o de Ar e o de K porque o núcleo de Cl é de menor carga positiva F O raio do F é maior do que o de Ne e o de Na porque F é a espécie que tem menos elétrons F O raio de F é menor do que o de Cl e o de Br porque F é a espécie com o núcleo de menor raio F O raio de Ne é menor do que o de Ar e o de Kr porque Ne tem a menor repulsão entre os elétrons da última camada Questão 05 Apresente a configuração eletrônica para cada uma das espécies abaixo e as classifique em paramagnética ou diamagnética a Co2 e Ca2 Ar 3d7 paramagnético Ar diamagnético b Ar e Cu2 Ne 3s2 3p6 diamagnético Ar 3d9 paramagnético c Mn2 e N3 Ar 3d5 paramagnético Ne diamagnético Questão 06 Considere os seguintes elementos P e Ni a Dê a configuração eletrônica completa e calcule a carga nuclear efetiva para o elétron mais externo de cada um desses elementos P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 Zef 480 Ni 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 3d8 4s² Zef 405 b Considerando os valores de carga nuclear efetiva indique qual elemento tem o maior valor de energia de ionização Justifique sua resposta P 10115 kJ mol1 Ni 7369 kJ mol1 Utilizando apenas os valores de carga nuclear efetiva P deveria ter maior energia de ionização do que Ni Questão 07 As seguintes configurações de camadas de valência são possíveis para um átomo neutro Qual é o elemento e qual é a configuração que representa o estado fundamental a 4s 4p 4s 4p c d 4s 4p 4s 4p Letras C e D são estados fundamentais b Questão 08 Organize os elementos dos seguintes conjuntos em ordem decrescente de raio atômico a lítio carbono flúor Li C F b escândio vanádio ferro Sc V Fe c ferro rutênio ósmio Os Ru Fe d iodo bromo cloro I Br Cl Questão 09 Dê a configuração eletrônica de um átomo de alumínio usando a notação de orbitais em caixa e a notação do gás nobre O alumínio é paramagnético E o íon Al3 Justifique Al 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 ou Ne 3s2 3p1 O elétron desemparelhado o classifica como paramagnético O cátion trivalente não possui elétrons desemparelhados portanto é diamagnético Questão 10 Seria possível diferenciar os íons cobreI de cobreII através de suas propriedades magnéticas Justifique sua resposta Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d 104s1 Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 Cu2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 Sim porque Cu é diamagnético enquanto que Cu2 é paramagnético Questão 11 O fósforo pode ter número de oxidação positivo ou negativo Quais seriam os valores positivos e negativos máximos que o fósforo poderia ter dentro de um critério químico realista para o número de oxidação Justifique sua resposta Ne 3s2 3p3 5 4 3 2 1 1 2 3 Questão 12 Dadas as configurações eletrônicas do carbono nitrogênio berílio e oxigênio faça o que se pede C N Be O a Determine se as configurações eletrônicas acima representam o estado fundamental ou um estado excitado do átomo dado Apenas a configuração para o oxigênio representa o estado fundamental do átomo b Escreva a configuração do estado fundamental para os átomos cujas configurações dadas foram as do estado excitado As configurações fundamentais são aquelas que maximizam o número de elétrons desemparelhados com spins paralelos c Escreva um conjunto de números quânticos para os elétrons de valência do oxigênio n 2 l 1 ml 1 0 1 d Baseado na configuração eletrônica do oxigênio qual seria o número de oxidação mais provável para esse elemento Justifique sua resposta O número de oxidação 2 favorece a ocupação completa dos orbitais 2p emparelhando todos os elétrons Questão 13 Escreva as configurações eletrônicas para o titânio e para seu íon Ti2 Calcule a carga nuclear efetiva Zef para o elétron mais externo em cada caso Ti 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 Zef 315 Ti2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 Zef 365 Questão 14 Os íons Li2 e He são isoeletrônicos e a energia de ionização Ei dessas espécies é de 11815 e 52505 kJ mol1 respectivamente Escreva a equação química que representa o processo de ionização dessas espécies e justifique a diferença observada nos valores da energia de ionização Li Li2 2e He He e A energia de ionização para a formação do cátion lítio bivalente é muito maior porque o processo requer a remoção de um elétron no primeiro nível ocupado do átomo Questão 15 Escreva as equações que representam os seguintes processos a a afinidade eletrônica do S S e S2 b a terceira energia de ionização do titânio Ti2 Ti3 e c a afinidade eletrônica do Mg2 Mg2 e Mg d a energia de ionização do O2 O2 O e Questão 16 Analise os gráficos abaixo que mostram as afinidades eletrônicas AE e as energias de ionização EI para uma série de elementos do 4º período a Explique a razão da afinidade eletrônica do Ge ser mais exotérmica que a do Ga Ga Ar 4s2 3d10 4p1 Ge Ar 4s2 3d10 4p2 A maximização do número de elétrons desemparelhados no subnível 4p do Ge b Explique a razão das afinidades eletrônicas do Ca e do Zn serem iguais a zero Elétrons extras deveriam ser adicionados a níveis mais externos previamente não ocupados por elétrons c Explique a descontinuidade observada na curva da energia de ionização entre o As e Se As Ar 4s2 4p3 Se Ar 4s2 4p4 A energia de ionização do Se é menor porque o elétron de valência está emparelhado em um subnível 4p o que aumenta a repulsão eletrostática entre esses elétrons facilitando sua remoção Questão 17 Os gráficos abaixo mostram as sucessivas energias de ionização para os átomos A B C e D 1º 2º 3º 4º 5º 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 EI kJmol Elétrons Átomo A 1º 2º 3º 4º 5º 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 EI kJmol Elétrons Átomo B K Ca Zn Ga Ge As Se Br 350 300 250 200 150 100 50 0 Afinidade Eletrônica kJmol Elemento K Ca Zn Ga Ge As Se Br 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Energia de Ionização kJmol Elemento 1º 2º 3º 4º 5º 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 EI kJmol Elétrons Átomo C 1º 2º 3º 4º 5º 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 EI kJmol Elétrons Átomo D a Usando a Tabela Periódica indique um elemento químico que possa representar cada um dos átomos citados Átomo A corresponde a silício Átomo B sódio Átomo C alumínio Átomo D magnésio b Indique os átomos A B C ou D que podem formar cátions estáveis com carga 1 2 e 3 Cátion com carga 1 B Cátion com carga 2 D Cátion com carga 3 C c Considerando que os átomos A B C e D representados em cada um dos gráficos estejam em um mesmo período da Tabela Periódica coloqueos em ordem crescente de raio atômico Raio A C D B Questão 18 O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons provenientes de superfícies metálicas por meio da incidência de luz de frequência apropriada Tal fenômeno é diretamente influenciado pelo potencial de ionização dos metais os quais têm sido largamente utilizados na confecção de dispositivos fotoeletrônicos tais como fotocélulas de iluminação pública câmeras fotográficas etc Com base na variação dos potenciais de ionização dos elementos da Tabela Periódica assinale a alternativa que contém o metal mais susceptível a exibir o efeito fotoelétrico Fe Hg X Cs menor energia de ionização Mg Ca
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS UFMG INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS ICEx Departamento de Química Setor de Química Inorgânica Tópico C Propriedades Atômicas e Tendências Periódicas Química Geral Questão 01 Considere a seguinte tabela de energias de ionização kJ mol1 As letras não representam símbolos químicos dos elementos Elemento 1ª Ei 2ª Ei 3ª Ei 4ª Ei 5ª Ei A Na 496 4562 6910 9543 13354 B Mg 738 1451 7733 10541 13629 C Si 789 1577 3232 4356 16091 D K 419 3052 4420 5877 7975 E Br 1140 2100 3500 4560 5760 a Qual destes elementos tem maior tendência para formar um cátion 2 Justifique sua resposta O átomo B tende a formar cátion 2 devido ao menor valor de energia de ionização para ionizar os dois primeiros elétrons b Qual par de elementos deve pertencer ao mesmo grupo na classificação periódica Nesse par qual tem maior Z Justifique sua resposta Os átomos A e D devem pertencer ao mesmo grupo Como os elétrons mais energéticos ocupam os mesmos subníveis mas em níveis diferentes o átomo D que tem menores energias de ionização deve apresentar maior número atômico Questão 02 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 Zef calculado coloqueos em ordem crescente de energia de ionização e justifique a S 9992 kJ mol1 b Ni2 17530 kJ mol1 c Ca 5896 kJ mol1 a 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 Zef 545 b 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 3d8 Zef 755 c 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Zef 285 Ordem de ionização experimental c a b Baseandose apenas nos valores de Zef a ordem deveria ser c a b Questão 03 Explique por que a energia de ionização do potássio é menor do que a do sódio ainda que a carga nuclear efetiva do sódio seja menor K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 Na 1s2 2s2 2p6 3s1 O último elétron no K ocupa um nível eletrônico mais externo portanto mais blindado Propriedades atômicas e tendências periódicas 1 Desenvolvimento da tabela periódica 2 Classificação periódica dos elementos 3 Variação periódica das propriedades físicas 4 Energia de ionização afinidade eletrônica e raio atômicoiônico 5 Tendências periódicas Questão 04 Observe o desenho que mostra representações em escala de algumas espécies químicas monoatômicas Leia as afirmativas abaixo e indique aquelas que considerar falsas ou verdadeiras F O raio do Br é maior do que o de Kr e o de Rb porque Br é a espécie que tem mais camadas eletrônicas ocupadas V O raio do Cl é maior do que o de Ar e o de K porque o núcleo de Cl é de menor carga positiva F O raio do F é maior do que o de Ne e o de Na porque F é a espécie que tem menos elétrons F O raio de F é menor do que o de Cl e o de Br porque F é a espécie com o núcleo de menor raio F O raio de Ne é menor do que o de Ar e o de Kr porque Ne tem a menor repulsão entre os elétrons da última camada Questão 05 Apresente a configuração eletrônica para cada uma das espécies abaixo e as classifique em paramagnética ou diamagnética a Co2 e Ca2 Ar 3d7 paramagnético Ar diamagnético b Ar e Cu2 Ne 3s2 3p6 diamagnético Ar 3d9 paramagnético c Mn2 e N3 Ar 3d5 paramagnético Ne diamagnético Questão 06 Considere os seguintes elementos P e Ni a Dê a configuração eletrônica completa e calcule a carga nuclear efetiva para o elétron mais externo de cada um desses elementos P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 Zef 480 Ni 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 3d8 4s² Zef 405 b Considerando os valores de carga nuclear efetiva indique qual elemento tem o maior valor de energia de ionização Justifique sua resposta P 10115 kJ mol1 Ni 7369 kJ mol1 Utilizando apenas os valores de carga nuclear efetiva P deveria ter maior energia de ionização do que Ni Questão 07 As seguintes configurações de camadas de valência são possíveis para um átomo neutro Qual é o elemento e qual é a configuração que representa o estado fundamental a 4s 4p 4s 4p c d 4s 4p 4s 4p Letras C e D são estados fundamentais b Questão 08 Organize os elementos dos seguintes conjuntos em ordem decrescente de raio atômico a lítio carbono flúor Li C F b escândio vanádio ferro Sc V Fe c ferro rutênio ósmio Os Ru Fe d iodo bromo cloro I Br Cl Questão 09 Dê a configuração eletrônica de um átomo de alumínio usando a notação de orbitais em caixa e a notação do gás nobre O alumínio é paramagnético E o íon Al3 Justifique Al 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 ou Ne 3s2 3p1 O elétron desemparelhado o classifica como paramagnético O cátion trivalente não possui elétrons desemparelhados portanto é diamagnético Questão 10 Seria possível diferenciar os íons cobreI de cobreII através de suas propriedades magnéticas Justifique sua resposta Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d 104s1 Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 Cu2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 Sim porque Cu é diamagnético enquanto que Cu2 é paramagnético Questão 11 O fósforo pode ter número de oxidação positivo ou negativo Quais seriam os valores positivos e negativos máximos que o fósforo poderia ter dentro de um critério químico realista para o número de oxidação Justifique sua resposta Ne 3s2 3p3 5 4 3 2 1 1 2 3 Questão 12 Dadas as configurações eletrônicas do carbono nitrogênio berílio e oxigênio faça o que se pede C N Be O a Determine se as configurações eletrônicas acima representam o estado fundamental ou um estado excitado do átomo dado Apenas a configuração para o oxigênio representa o estado fundamental do átomo b Escreva a configuração do estado fundamental para os átomos cujas configurações dadas foram as do estado excitado As configurações fundamentais são aquelas que maximizam o número de elétrons desemparelhados com spins paralelos c Escreva um conjunto de números quânticos para os elétrons de valência do oxigênio n 2 l 1 ml 1 0 1 d Baseado na configuração eletrônica do oxigênio qual seria o número de oxidação mais provável para esse elemento Justifique sua resposta O número de oxidação 2 favorece a ocupação completa dos orbitais 2p emparelhando todos os elétrons Questão 13 Escreva as configurações eletrônicas para o titânio e para seu íon Ti2 Calcule a carga nuclear efetiva Zef para o elétron mais externo em cada caso Ti 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 Zef 315 Ti2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 Zef 365 Questão 14 Os íons Li2 e He são isoeletrônicos e a energia de ionização Ei dessas espécies é de 11815 e 52505 kJ mol1 respectivamente Escreva a equação química que representa o processo de ionização dessas espécies e justifique a diferença observada nos valores da energia de ionização Li Li2 2e He He e A energia de ionização para a formação do cátion lítio bivalente é muito maior porque o processo requer a remoção de um elétron no primeiro nível ocupado do átomo Questão 15 Escreva as equações que representam os seguintes processos a a afinidade eletrônica do S S e S2 b a terceira energia de ionização do titânio Ti2 Ti3 e c a afinidade eletrônica do Mg2 Mg2 e Mg d a energia de ionização do O2 O2 O e Questão 16 Analise os gráficos abaixo que mostram as afinidades eletrônicas AE e as energias de ionização EI para uma série de elementos do 4º período a Explique a razão da afinidade eletrônica do Ge ser mais exotérmica que a do Ga Ga Ar 4s2 3d10 4p1 Ge Ar 4s2 3d10 4p2 A maximização do número de elétrons desemparelhados no subnível 4p do Ge b Explique a razão das afinidades eletrônicas do Ca e do Zn serem iguais a zero Elétrons extras deveriam ser adicionados a níveis mais externos previamente não ocupados por elétrons c Explique a descontinuidade observada na curva da energia de ionização entre o As e Se As Ar 4s2 4p3 Se Ar 4s2 4p4 A energia de ionização do Se é menor porque o elétron de valência está emparelhado em um subnível 4p o que aumenta a repulsão eletrostática entre esses elétrons facilitando sua remoção Questão 17 Os gráficos abaixo mostram as sucessivas energias de ionização para os átomos A B C e D 1º 2º 3º 4º 5º 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 EI kJmol Elétrons Átomo A 1º 2º 3º 4º 5º 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 EI kJmol Elétrons Átomo B K Ca Zn Ga Ge As Se Br 350 300 250 200 150 100 50 0 Afinidade Eletrônica kJmol Elemento K Ca Zn Ga Ge As Se Br 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Energia de Ionização kJmol Elemento 1º 2º 3º 4º 5º 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 EI kJmol Elétrons Átomo C 1º 2º 3º 4º 5º 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 EI kJmol Elétrons Átomo D a Usando a Tabela Periódica indique um elemento químico que possa representar cada um dos átomos citados Átomo A corresponde a silício Átomo B sódio Átomo C alumínio Átomo D magnésio b Indique os átomos A B C ou D que podem formar cátions estáveis com carga 1 2 e 3 Cátion com carga 1 B Cátion com carga 2 D Cátion com carga 3 C c Considerando que os átomos A B C e D representados em cada um dos gráficos estejam em um mesmo período da Tabela Periódica coloqueos em ordem crescente de raio atômico Raio A C D B Questão 18 O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons provenientes de superfícies metálicas por meio da incidência de luz de frequência apropriada Tal fenômeno é diretamente influenciado pelo potencial de ionização dos metais os quais têm sido largamente utilizados na confecção de dispositivos fotoeletrônicos tais como fotocélulas de iluminação pública câmeras fotográficas etc Com base na variação dos potenciais de ionização dos elementos da Tabela Periódica assinale a alternativa que contém o metal mais susceptível a exibir o efeito fotoelétrico Fe Hg X Cs menor energia de ionização Mg Ca