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Aula Quimica inorganica
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Blindagem e Penetrao
Carga Nuclear Efetiva
Propriedade Peridicas
Vimos que:
Em tomos com um eltron (hidrogenides), os orbitais de uma mesma camada so degenerados.
Em tomos com dois eltrons, como o He, um eltron sofre repulso do outro eltron:
He
Energia Cintica dos e-.
Energia potencial de atrao e-n.
Energia Potencial de repulso e-e.
He He+ + e- EI1 = 2372 kJ
He+ He2+ + e- EI2 = 5248 kJ
Um eltron reduz a carga nuclear do outro eltron.
De forma geral, em tomos polieletrnicos, um eltron sofre repulses de todos os outros eltrons, reduzindo a
carga total do ncleo. Esse efeito recebe o nome de
blindagem.
A carga reduzida experimentada pelos eltrons blindados chamada carga nuclear efetiva (Zef).
A Zef experimentada por eltrons s e p so diferentes, pois as funes de onda so diferentes, ou seja, os
orbitais de uma mesma camada NO so degenerados
Um eltron s tem maior penetrao atravs das camadas internas que um eltron p da mesma camada,
experimentando uma maior Zef.
Fu
n
o d
e D
istr
ibu
io
Rad
ial
r/ao
Os efeitos de penetrao e blindagem dos
orbitais so responsveis pela ordenao
dos nveis de energia nos tomos
polieletrnicos:
1s < 2s < 2p < 3s < 3p, etc.
Princpio de Excluso de Pauli:
Somente dois e- podem ocupar um nico orbital e seus spins devem estar emparelhados.
Regra de Hund:
Mxima multiplicidade de spin.
Z Elemento Configurao Eletrnica
1 H 1s1
2 He 1s2
3 Li [He]2s1
4 Be [He]2s2
5 B [He]2s22p1
6 C [He]2s22p2
7 N [He]2s22p3
8 O [He]2s22p4
9 F [He]2s22p5
10 Ne [He]2s22p6
Configurao eletrnica dos elementos do 1 e 2o perodos.
O conceito de carga nuclear efetiva (Zef) foi
estabelecido em 1930 por J. C. Slater (1900 - 1976):
a carga sentida por um eltron em um dado orbital em funo da sua maior ou menor blindagem em relao ao
ncleo atmico.
Zef = Z -
Zef carga nuclear efetiva.
Z carga nuclear = nmero atmico.
constante de blindagem.
Na aproximao orbital tratamos a repulso entre e- supondo que a carga eletrnica esteja distribuda
esfericamente ao redor do ncleo:
Cada e- se move no campo atrativo do ncleo e sente a carga repulsiva mdia dos outros e-.
Segundo as leis da eletrosttica, o
campo gerado por uma
distribuio esfrica de carga
equivalente a uma carga pontual
no centro da distribuio.
r
Tal carga negativa reduz a carga do
ncleo carga nuclear efetiva
Sabe-se que a presena de um eltron dentro das camadas de outros
eltrons chamada penetrao.
Ex.: Para o Li, existe uma probabilidade diferente de zero de que o
eltron do orbital 2s seja encontrado dentro da camada 1s e experimente
a carga nuclear total.
O e- 2p no penetra efetivamente no caroo (camada interna
preenchida) 2p mais blindado que 2s
Energia menor, est ligado mais
firmemente (maior Zef) que o 2p
Li: 1s1 2s1 e no 1s1 2p1
Quanto mais prximo do ncleo o eltron
penetrar, mais prximo ser o valor de Zef
em relao a Z, resultando em:
maior estabilidade.
menor blindagem.
ns > np > nd > nf (efeito de penetrao e
blindagem).
A penetrao de um eltron 2s no caroo interno maior do que a
de um eltron 2p porque o ltimo cai a zero no ncleo.
orbital 2s ser ocupado
antes dos orbitais 2p
Representao Detalhada da Dependncia dos Nveis de
Energia dos Orbitais com o Nmero Atmico E
ne
rgia
En
erg
ia
Tais nveis de energia so para orbitais
atmicos indiduais no consideram
as repulses entre eletrons
Para a maioria do bloco d, o estado
fundamental determinado por espectroscopia e
clculos mostra que mais vantajoso ocupar
orbitais 4s primeiro
Maioria 3dn4s2
Orbitais com menor momento angular (l)
apresentam maior efeito de penetrao.
A blindagem provocada pelos orbitais 3d
bastante efetiva.
Se um eltron 4s vai para o orbital 3d, a repulso e-e aumenta a energia do orbital 3d.
As configuraes eletrnicas d5 e d10
fornecem uma estabilidade extra.
Estas configuraes resultam numa distribuio
simtrica da carga eletrnica, minimizando
repulses.
Esta vantagem energtica chamada energia de troca.
Ex.: Cr (Z = 24) [Ar]3d54s1 e Cu (Z = 29) [Ar]3d104s1
Como conseqncia, na ionizao do
cromo:
Cr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1
Cr2+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4
Cr3+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3
Os eltrons so retirados primeiro do nvel
ns, pois eles apresentam menor carga
nuclear efetiva para os elementos de
transio.
Tabela Peridica dos Elementos Qumicos
Propriedades Peridicas
Propriedades Peridicas Importantes
Raio Atmico
Energia de Ionizao
Afinidade Eletrnica
Eletronegatividade
Raio Atmico: tamanho de um tomo em funo de sua quantidade de eltrons.
medida que os eltrons ocupam os nveis mais energticos, o raio atmico dos tomos deve aumentar.
O raio atmico dos elementos aumenta de cima para baixo em um mesmo grupo da tabela peridica.
Elemento Z Eltrons Internos Eltrons de Valncia
Na 11 10 1
Cl 17 10 7
O raio atmico dos elementos diminui em um mesmo perodo da tabela peridica medida que aumenta o nmero atmico.
Quanto mais efetiva for a blindagem, menor ser Zef e, conseqentemente, maior ser o raio atmico.
Tipos de Raio Atmico:
Raio metlico: metade da distncia determinada entre os centros dos tomos vizinhos em um slido.
Tipos de Raio Atmico:
Raio covalente (de um elemento no metlico): metade da distncia internuclear entre tomos vizinhos do mesmo elemento em uma molcula
Tipos de Raio Atmico:
Raio inico: distncia entre os centros de ctions e nions vizinhos.
Contrao Lantandica
Reduo do raio abaixo do esperado
Ex. Molibidnio (Z = 42) r = 140 pm
Tungstnio (Z = 74) r = 141 pm
4 f pequena capacidade de blindagem e- de valncia experimentam uma atrao nuclear maior
do que esperado tomo mais compacto
Raios Inicos
nions maiores que os tomos originais
Ctions menores que os tomos originais
Repulso e- e- X Zef
Energia de Ionizao (EI): energia para
remover um eltron de um tomo gasoso
isolado em seu estado fundamental
M(g) + EI1 M+
(g) + 1e-
Quanto mais energtico for o eltron, menor
ser a energia necessria para arranc-lo do
tomo.
Variaes das primeiras energias de alguns elementos da
tabela peridica:
H
(13,6)
Li
(5,39)
Be
(9,32)
B
(8,30)
C
(11,26)
N
(14,53)
O
(13,63)
F
(17,42)
Ne
(21,56)
Na
(5,14)
Para um mesmo grupo na tabela peridica, a EI diminui de
cima para baixo.
Para um mesmo perodo na tabela peridica, a EI aumenta
da esquerda para direita.
Anomalias na primeira Energia de Ionizao
(EI) podem ser observadas na tabela peridica.
Exemplo 1:
Be ([He]2s2; EI = 9,32) e B ([He]2s22p1; EI = 8,30).
O ltimo eltron do Be encontra-se no subnvel 2s e no B o eltron mais energtico est no subnvel 2p.
Embora o raio do B seja menor que o do Be haver uma compensao energtica, pois o subnvel p
mais energtico que o subnvel s.
Exemplo 2:
N ([He]2s22p3; EI = 14,53).
O ([He]2s22p4; EI = 13,63).
Embora o O apresente um raio menor que o N, sua EI tambm menor.
A anomalia se deve simetria da distribuio eletrnica dos orbitais do N neutro e do O+. Em
ambos casos os tomos apresentam 3 eltrons no
subnvel 2p (um em cada px, py e pz).
Primeira, segunda e terceira energias de ionizao de
alguns elementos da tabela peridica:
Espcie Configurao Eletrnica Energia de Ionizao
(kJ/mol)
Li
Li+
Li2+
1s22s1
1s2
1s1
520
7300
11816
Na
Na+
Na2+
1s22s22p63s1
1s22s22p6
1s22s22p5
496
4563
6913
Be
Be+
Be2+
1s22s2
1s22s1
1s2
899
1757
14850
Mg
Mg+
Mg2+
1s22s22p63s2
1s22s22p63s1
1s22s22p6
738
1451
7734
Afinidade Eletrnica (AE): quantidade de energia liberada quando um tomo gasoso isolado recebe
um eltron:
A(g) + 1e- A-(g) + AE
Alguns elementos liberam energia quando capturam eltrons (processo exotrmico), mas a maioria necessita
absorver energia (processo endotrmico).
Em um mesmo perodo da tabela peridica a AE aumenta da
esquerda para direita.
Em um mesmo grupo da tabela peridica a AE diminui de cima
para baixo.
Em um mesmo perodo da tabela peridica a AE aumenta da
esquerda para direita.
Em um mesmo grupo da tabela peridica a AE diminui de cima
para baixo.
Elemento AE (kJ/mol)
H AE1 -72,7
O* AE1 AE2
-141,0
+780
F* AE1 -327,9
S* AE1 AE2
-200,4
+590
Cl* AE1 -348,8
Br AE1 -324,6
* Anomalia: A energia gasta para compensar a repulso e-e-
mascara o valor terico esperado para as afinidades eletrnicas
Eletronegatividade (c): medida emprica da tendncia de um tomo em atrair eltrons numa ligao qumica (quando faz parte de um composto)
Linus Pauling observou que havia uma estabilizao termodinmica adicional para molculas heteronucleares em relao as homonucleares. Ex.: Cl-Cl (DHligao = 242 kJ/mol). F-F (DHligao = 153 kJ/mol). Cl-F (DHligao = 255 kJ/mol).
198 kJ/mol
Estabilidade adicional
de 57 kJ/mol
A ligao Cl-F apresenta uma estabilidade
adicional devido ao carter inico da
ligao qumica, i.e., um dos elementos
mais eletronegativo que o outro.
Pauling inventou uma escala para todos os
elementos qumicos baseando-se em seus
dados termodinmicos.
Eletronegatividade (c)
Pauling atribuiu uma valor arbitrrio de
eletronegatividade para um determinado
elemento e a partir de dados termoqumicos
elaborou valores para todos os elementos.
Embora existam outras definies de
eletronegatividade, a definio de Pauling
a mais utilizada.
A eletronegatividade decresce de cima para
baixo em um grupo e aumenta da esquerda
para a direita em um perodo.
Eletronegatividade (c)
Eletronegatividade (c)
Definio de eletronegatividade por Robert Mulliken baseada
nas propriedades dos tomos individuais
Energia de Ionizao x Afinidade eletrnica
Eletronegativo Maior afinidade eletrnica
Maior Energia de Ionizao
Eletropositivo
Baixa afinidade eletrnica
Baixa Energia de Ionizao
Polarizao aplicao da eletronegatividade para estimar a direo da polaridade nas ligaes qumicas:
C- H+ (2,6) (2,2)
Si+ H- (1,9) (2,2)
+ menor densidade de carga. - maior densidade de carga.
Eletronegatividade (c)
Polarizabilidade
a capacidade de um tomo de ser distorcido por um campo
eltrico
tomo altamente polarizvel sua distribuio eletrnica pode
ser distorcida facilmente
* tomos e ons grandes e pesados so os mais polarizveis
(orbitais de fronteira muito prximos)
* tomos de ons leves e pequenos so menos polarizveis