5 energia de ionizacao e afinidade ao eletron

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Química Inorgânica I
Energia de Ionização e Afinidade 
ao Elétron
Prof. Antônio Marques
antonio.msj1@gmail.com Sala 18 - PQ
28/03/2018
Da aula anterior.
Com base nos dados do slide 
seguinte, faça o que se pede:
a) Estime as distâncias de ligação em um 
cristal de MgF2;
b) Discuta quais seriam as possíveis 
fontes de erro na sua estimativa.
194 pm
Respostas:
a) Distância Mg-F calculada = 210 pm. 
Valores da literatura = 193-200 pm.
b) Uma possível fonte de erro é considerar 
que o raio catiônico apresentado pelo Mg, 
quando ligado ao O2-, seja o mesmo, 
quando ligado a outros ânions. Uma outra 
fonte de erro possível é considerar que o 
números de coordenação para os íons 
citados no MgO, NaF e MgF2 sejam os 
mesmos.
5
A nível atômico, segundo a IUPAC, a energia 
de ionização (Ii) é definida como a energia mínima 
necessária para a remoção de um elétron de um 
átomo neutro (X) ou cátion correspondente, em 
seu estado fundamental, de modo que Xn+ → 
X(n+1)+ + e-, para n=0, 1,...
Energia de Ionização (I)
definição microscópica (atômica) 
6
Energia de Ionização
definição atômica 
↑↓
↑
Energia de vácuo (E
V
)
E
n
e
rg
ia
0
1s2
2s1
↑↓
1s2
2s0
Li Li+
E(n→∞): limiar entre estados eletrônicos
I=RH
Zef
2
n
2
>0
E
s
ta
d
o
s
 
L
ig
a
d
o
s
E
s
ta
d
o
s
 N
ã
o
 
L
ig
a
d
o
s
Reorganização 
energética pequena
Processo oxidativo
7
A definição macroscópica da energia de 
ionização (dada em kJ mol-1) é equivalente à 
microscópica, porém, ao invés de uma única 
partícula, é definida para um mol da espécie 
correspondente no estado físico gasoso e estado 
eletrônico fundamental.
Energia de Ionização
definição macroscópica 
8
➔ Podem ocorrer sucessivas remoções de 
elétrons, dando origem a:
X
(g)
 → X1+
(g)
 + e-, 1a energia de ionização;
X1+
(g)
 → X2+
(g)
 + e-, 2a energia de ionização;
…
➔ Quanto maior a energia de ionização, maior é a 
dificuldade para se remover o elétron.
Energia de Ionização
definição macroscópica 
9
Energia de Ionização
definição macroscópica 
1a, 2a e 3a energias de ionização (kJ mol-1)
10
Energia de Ionização
periodicidade 
11
Energia de Ionização
periodicidade 
➔ Ao longo dos grupos, a energia de ionização diminui, 
pois o elétron mais externo é mais facilmente removido 
no sentido descendente, devido à menor interação 
elétron-núcleo;
➔ Os elementos dos períodos 4, 5 e 6 do grupo 13 logo 
após a série de transição são uma exceção, devido ao 
preenchimento de subníveis internos d e/ou f, o que 
resulta em maior Z
ef
 do que o esperado (implicando no 
efeito do par inerte);
12
Energia de Ionização
efeito do par inerte 
➔ O efeito par inerte refere-se ao aumento da estabilidade 
dos estados de oxidação que são 2 unidades inferiores 
ao número de elétrons de valência. Ocorre para os 
elementos mais pesados dos grupos 13, 14, 15 e 16;
➔ Supõe-se que elétrons ns são mais difíceis de se 
remover, resultando em uma maior energia de ionização 
para formar íons tri e tetravalentes (efeito do par inerte), 
por exemplo;
13
Energia de Ionização
efeito do par inerte 
➔ Grupo 13: O Al forma íons Al3+, 
enquanto o In forma íons In+ e In3+ e 
os compostos de Tl+ são mais 
numerosos do que Tl3+;
➔ Grupo 14: O Sn forma cátions Sn2+ 
e Sn4+, enquanto o Pb forma cátions 
Pb2+ estáveis e Pb4+ instáveis;
➔ Isto se deve à maior Z
ef
 sofrida 
pelos elétrons de valência ns, devido 
à baixa blindagem dos elétrons d e f;
14
Energia de Ionização
periodicidade 
➔ Ao longo dos períodos, a variação da energia de 
ionização segue o padrão da carga nuclear 
efetiva:
➔ Ocorrem exceções do grupo 2 para o grupo 13, 
devido ao preenchimento de um subnível de maior 
número quântico angular (maior energia);
I∝Zef
15
Energia de Ionização
periodicidade 
➔ Ocorrem também exceções do grupo 15 para o 
grupo 16, devido à adição de um elétron a um 
orbital semipreenchido, o que promove um 
aumento na energia deste orbital, em virtude da 
energia de emparelhamento, levando a uma 
menor energia de ionização do que o esperado.
Relembrando:
1) Quais elétrons são removidos quando 
elementos de transição do bloco d, por 
exemplo, são oxidados?
17
Energia de Ionização
configuração de valência para o bloco d
Configurações eletrônicas 
fora do padrão esperado
18
Energia de Ionização
diagramas de Rich-Suter
➔ Os diagramas de Rich-Suter correspondem a 
gráficos de energia eletrônica, em função do 
número atômico, para um período específico da 
tabela periódica;
➔ Eles não tem como função explicar a origem das 
configurações eletrônicas. Eles apenas as 
descrevem (em geral, “por que?” se enquadra no caráter dogmático. Em 
ciência, uma preocupação mais relevante é “como?”);
19
Energia de Ionização
diagramas de Rich-Suter
➔ O diagrama de Rich-Suter considera que cada subnível 
de energia é desdobrado em dois outros níveis, relativos 
ao spin eletrônico (α=-1/2 e β=+1/2);
Número atômico
E
n
e
rg
ia
Desdobramento 
proporcional à energia de 
emparelhamento
20
Energia de Ionização
diagramas de Rich-Suter
Número atômico
E
n
e
rg
ia
21
Energia de Ionização
diagramas de Rich-Suter
➔ A medida que se aumenta o número atômico a 
energia dos orbitais tendem a tornar-se mais 
negativas;
➔ A inclinação do subnível d será maior do que a 
do subnível s, por estar sujeito a uma maior 
influência nuclear, devido ao fato de encontrar-se 
em uma camada mais interna;
22
Energia de Ionização
diagramas de Rich-Suter para íons
23
Energia de Ionização
diagramas de Rich-Suter para íons
➔ Após um processo oxidativo, os subníveis de 
energia serão reordenados, em relação aos 
respectivos estados neutros;
➔ Novamente, o subnível d tenderá a sofrer uma 
diminuição maior da energia, devido à sua maior 
proximidade com o núcleo;
24
Energia de Ionização
diagramas de Rich-Suter para íons
➔ Como pode ser observado no slide anterior, para 
elementos como o Sc (3d1 4s2), o elétron a ser 
removido pertencerá originalmente ao subnível d 
(maior energia). Porém, com a reorganização dos 
subníveis, os elétrons restantes passarão a 
distribuir-se como 3d1 4s1, fazendo com que a 
vacância gerada fique no subnível s.
Atividade para casa:
1) A segunda energia de ionização do carbono 
(C+ C→ 2+ + e-) e a primeira energia de 
ionização do boro (B B→ + + e-) correspondem 
ambas à reação 1s2 2s2 2p1 1s→ 2 2s2 2p0 + e-. 
Compare as duas energias (24,383 eV e 8,298 
eV, respectivamente) e o efeito da carga 
nuclear efetiva. Este efeito é uma explicação 
razoável para a diferença nos valores? Se não, 
sugira outros fatores.
Resposta:
Não. Como calculado, utilizando as 
regras de Slater, a diferença na Zef (2,60 
para o B e 3,60 para o C+) não justiica 
por si a diferença elevada nas energias de 
ionização. Isto ocorre porque tais regras 
levam em consideração somente o número 
de elétrons e prótons, não possuindo 
inluência explicita de cargas líquidas. A 
carga positiva no C+ diminuiria 
signiicativamente a energia do seu orbital 
p ocupado, levando a um aumento maior na 
energia de ionização.
27
De acordo com a IUPAC, a afinidade 
eletrônica (AE) é definida como a energia 
requerida para remover um elétron de um ânion 
de carga unitária, de modo que X1- → X + e-.
Afinidade Eletrônica (AE)
definição microscópica (atômica) 
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Afinidade Eletrônica
definição atômica 
↑↓
↑↓E
n
e
rg
ia
0
1s2
2s1
↑↓
↑↓
1s2
2s0
Be- Be
E(n→∞)
↑
2p1 2p1
Processo oxidativo
O
rb
ita
is
 d
e
 F
ro
n
te
ira
HOMO
LUMO
Reorganização 
energética significativa
AE⩽0ou AE>0
AE∝Zef
Atividade em sala:
1) Se a ainidade eletrônica está intimamente 
relacionada à energia do orbital LUMO, a 
qual orbital estará relacionada a energia de 
ionização? Por quê?
2) Justiique o fato das energias de 
ionização serem sempre positivas e de a 
ainidade eletrônica variar o seu sinal.
30
A definição macroscópica da afinidade 
eletrônica (dada em kJ mol-1) é equivalente à 
microscópica, porém, ao invés de uma única 
partícula, é definida para um mol da espécie 
correspondente no estado físico gasoso e estado 
eletrônico fundamental.
Afinidade Eletrônica
definição macroscópica 
31
Geralmente, ao invés da afinidade eletrônica 
(AE), é comum a utilização da entalpia de ganho 
de elétron (ΔH
ge
), sendo que tais propriedades 
relacionam-se por:
X-
(g)
 → X
(g)
+e- AE
X
(g)
+e- → X-
(g)
 ΔH
ge
ΔH
ge
 = -AE
Entalpia de Ganho de Elétron
definição macroscópica 
32
➔ Um valor positivo para a AE significa que a 
espécie em questão apresenta uma tendência de 
manter o elétron adicional. Quanto maior for o 
valor, maior será esta tendência. Para uma valor 
negativo de AE, a tendência será oposta;
➔ Para a ΔH
ge
, a relação de sinais algébricos será 
oposta à do parágrafo anterior (ΔH
ge
 = -AE);
Entalpia de Ganho de Elétron
definição macroscópica 
33
Entalpia de Ganho de Elétron
valores em kJ mol-1
Atividade em sala:
3) Discuta qual dos sais Na+CL- e Na-Cl+ tem uma 
maior viabilidade termodinâmica de formação, com 
base nos valores abaixo (kJ mol-1):
Na(g) Na→
+
(g)+e
- I1 = 495
Na(g)+e
- Na→ +(g) ΔHge = -53
Cl(g) Cl→
+
(g)+e
- I1 = 1251
Cl(g)+e
- Cl→ +(g) ΔHge = -349
35
➔ Descendo em um grupo, adicionar um elétron a 
um átomo grande é menos favorável do que em 
um átomo menor, pois o elétron adicionado estará 
mais distante da carga nuclear;
➔ De um modo geral, deve-se adicionar um elétron 
mais facilmente em um átomo de um elemento do 
lado direito de um período, do que em um átomo 
de um elemento do lado esquerdo;
Entalpia de Ganho de Elétron
periodicidade 
36
➔ Ao contrário da energia de ionização (mais bem 
comportada), observa-se diversas exceções verticais e 
horizontais para o comportamento periódico da afinidade 
eletrônica:
Exceções verticais:
➔ Os elementos do período 2 são menores do que dos 
demais períodos. Assim, é mais difícil se adicionar um 
elétron nestes elementos, devido às intensas repulsões 
elétron-elétron;
Entalpia de Ganho de Elétron
periodicidade 
37
Exceções horizontais:
➔ Comparado ao Li (-60), o elétron adicionado ao Be (0) 
ocuparia um orbital mais energético (2p);
➔ O elétron adicionado ao C ocupará um orbital vazio, 
enquanto que no N ele ocupará um orbital 
semipreenchido, influindo na AE a energia de 
emparelhamento (>0).
Entalpia de Ganho de Elétron
periodicidade 
Atividade em sala:
4) Com base nos diagramas de níveis de 
energia para os átomos de lítio e sódio a 
seguir, estime qual deles apresentaria:
a) Maior energia de ionização;
b) Maior ainidade eletrônica.
	Diapositivo 1
	Diapositivo 2
	Diapositivo 3
	Diapositivo 4
	Diapositivo 5
	Diapositivo 6
	Diapositivo 7
	Diapositivo 8
	Diapositivo 9
	Diapositivo 10
	Diapositivo 11
	Diapositivo 12
	Diapositivo 13
	Diapositivo 14
	Diapositivo 15
	Diapositivo 16
	Diapositivo 17
	Diapositivo 18
	Diapositivo 19
	Diapositivo 20
	Diapositivo 21
	Diapositivo 22
	Diapositivo 23
	Diapositivo 24
	Diapositivo 25
	Diapositivo 26
	Diapositivo 27
	Diapositivo 28
	Diapositivo 29
	Diapositivo 30
	Diapositivo 31
	Diapositivo 32
	Diapositivo 33
	Diapositivo 34
	Diapositivo 35
	Diapositivo 36
	Diapositivo 37
	Diapositivo 38
	Diapositivo 39