Questão 9 (Química) do ITA 2009

Question

Considere os átomos hipotéticos neutros V, X, Y e Z no estado gasoso. Quando tais átomos recebem um elétron cada um, as configurações eletrônicas no estado fundamental de seus respectivos ânions são dadas por:

\text{V}^-\ (\text{g}) : [\text{gás nobre}]\ \text{ns}^2\text{np}^6\text{nd}^{10}(\text{n}+1)\text{s}^2(\text{n}+1)\text{p}^6
\text{X}^-\ (\text{g}) : [\text{gás nobre}]\ \text{ns}^2\text{np}^6
\text{Y}^-\ (\text{g}) : [\text{gás nobre}]\ \text{ns}^2\text{np}^6\text{nd}^{10}(\text{n}+1)\text{s}^2(\text{n}+1)\text{p}^3
\text{Z}^-\ (\text{g}) : [\text{gás nobre}]\ \text{ns}^2\text{np}^3

Nas configurações acima, [gás nobre] representa a configuração eletrônica no diagrama de Linus Pauling para o mesmo gás nobre, e n é o mesmo número quântico principal para todos os ânions. Baseado nessas informações, é CORRETO afirmar que

A
o átomo neutro V deve ter a maior energia de ionização entre eles.
B
o átomo neutro Y deve ter a maior energia de ionização entre eles.
C
o átomo neutro V deve ter maior afinidade eletrônica do que o átomo neutro X.
D
o átomo neutro Z deve ter maior afinidade eletrônica do que o átomo neutro X.
E
o átomo neutro Z deve ter maior afinidade eletrônica do que o átomo neutro Y.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 9 (Química) do ITA 2009

Química · Química: Propriedades periódicas

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\ \text{s}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\ \text{V}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\ \text{L}\ (\text{CNTP})
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 62{,}4\ \text{mmHg}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}

DEFINIÇÕES
Pressão de 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 101325\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr}
1\ \text{N} = 1\ \text{kg}\ \text{m}\ \text{s}^{-2}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\ \text{mmHg}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}.
Condições-padrão: 25\ ^\circ\text{C}, 1\ \text{atm}, concentração das soluções: 1\ \text{mol}\ \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) ou (c) = sólido cristalino; (l) ou (\ell) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em \text{mol}\ \text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})	Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H	1	1,01	Fe	26	55,85
He	2	4,00	Ni	28	58,69
Li	3	6,94	Cu	29	63,55
C	6	12,01	Zn	30	65,40
N	7	14,01	Ge	32	72,64
O	8	16,00	As	33	74,92
Ne	10	20,18	Br	35	79,90
Na	11	22,99	Kr	36	83,80
Mg	12	24,31	Ag	47	107,87
Al	13	26,98	Cd	48	112,41
Si	14	28,09	Sn	50	118,71
S	16	32,07	I	53	126,90
Cl	17	35,45	Xe	54	131,29
Ar	18	39,95	Cs	55	132,91
K	19	39,10	Ba	56	137,33
Ca	20	40,08	Pt	78	195,08
Cr	24	52,00	Pb	82	207,2
Mn	25	54,94	Ra	86	222

Considere os átomos hipotéticos neutros V, X, Y e Z no estado gasoso. Quando tais átomos recebem um elétron cada um, as configurações eletrônicas no estado fundamental de seus respectivos ânions são dadas por:

\text{V}^-\ (\text{g}) : [\text{gás nobre}]\ \text{ns}^2\text{np}^6\text{nd}^{10}(\text{n}+1)\text{s}^2(\text{n}+1)\text{p}^6
\text{X}^-\ (\text{g}) : [\text{gás nobre}]\ \text{ns}^2\text{np}^6
\text{Y}^-\ (\text{g}) : [\text{gás nobre}]\ \text{ns}^2\text{np}^6\text{nd}^{10}(\text{n}+1)\text{s}^2(\text{n}+1)\text{p}^3
\text{Z}^-\ (\text{g}) : [\text{gás nobre}]\ \text{ns}^2\text{np}^3

Nas configurações acima, [gás nobre] representa a configuração eletrônica no diagrama de Linus Pauling para o mesmo gás nobre, e n é o mesmo número quântico principal para todos os ânions. Baseado nessas informações, é CORRETO afirmar que

A
o átomo neutro V deve ter a maior energia de ionização entre eles.
B
o átomo neutro Y deve ter a maior energia de ionização entre eles.
C
o átomo neutro V deve ter maior afinidade eletrônica do que o átomo neutro X.
D
o átomo neutro Z deve ter maior afinidade eletrônica do que o átomo neutro X.
E
o átomo neutro Z deve ter maior afinidade eletrônica do que o átomo neutro Y.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Primeiro, descubra a posição de cada átomo na tabela periódica, a partir do ânion.

\text{X}^- termina em ns^2np^6: o átomo neutro X tem ns^2np^5, ou seja, é um halogênio (grupo 17) do período n.
\text{V}^- termina em ns^2np^6nd^{10}(n+1)s^2(n+1)p^6: o neutro V tem (n+1)p^5, halogênio do período n+1, logo abaixo de X.
\text{Z}^- termina em ns^2np^3: o neutro Z tem ns^2np^2, grupo 14 do período n.
\text{Y}^- termina em (n+1)p^3 com nd^{10}: o neutro Y tem (n+1)p^2, grupo 14 do período n+1, abaixo de Z.

Agora compare as propriedades.

Energia de ionização: aumenta para a direita no período e para cima no grupo. A maior é a do halogênio de menor período, X. Portanto V e Y não podem ter a maior (A e B erradas).

Afinidade eletrônica: em geral é maior nos halogênios, pois ao receber um elétron eles atingem a configuração de gás nobre. Entre X e V (mesmo grupo), X, que é menor, tem afinidade maior ou comparável, e V não tem maior que X (C errada). Z (grupo 14) tem afinidade bem menor que X (grupo 17), então D é falsa.

Entre Z e Y (mesmo grupo 14), Z é do período menor, mais compacto, e tende a ter maior afinidade eletrônica que Y, que é maior e tem o elétron adicionado mais distante do núcleo. Assim, Z tem afinidade maior que Y.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

AV é halogênio do período maior que X, então tem energia de ionização menor que X.
BY é do grupo 14 e do período mais baixo, portanto tem energia de ionização baixa, não a maior.
CV está abaixo de X no mesmo grupo, com raio maior; sua afinidade não supera a de X.
DZ (grupo 14) tem afinidade menor que o halogênio X (grupo 17).

Assuntos: Propriedades periódicas, Distribuição eletrônica.

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Questão 9 no caderno Química do ITA 2009

Fonte: ITA 2009 · Química. Prova oficial ↗