Exame de Física e Química A 2025 · 1.ª fase — item 4.1.2, resolvido

Cotação 12 pontosResposta abertaVerificado

Enunciado

Instituto de Avaliação Educativa · prova 715 · 2025 · 1.ª fase

No início do século XIX, Sir Humphry Davy fez descobertas notáveis nos domínios da Química e da Física.

4.1.

Este cientista isolou pela primeira vez, entre outros elementos, o sódio, $Na$ , o potássio, $K$ , e o magnésio, $Mg$ .

4.1.2.

Ordene os átomos de $Na$ , de $K$ e de $Mg$ , por ordem crescente do raio atómico, justificando a ordenação com base nas configurações eletrónicas desses átomos no estado fundamental e nas suas cargas nucleares.

Apresente um texto bem estruturado e utilize linguagem científica adequada.

Resposta de exame

O que se escreve na prova para ter a cotação toda.

As configurações eletrónicas dos átomos no estado fundamental são: $_{11} Na$ : $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{1}$ ; $_{12} Mg$ : $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2}$ ; $_{19} K$ : $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{1}$ .

Os eletrões de valência dos átomos de $Na$ e de $Mg$ encontram-se no mesmo nível de energia ( $n = 3$ ). No entanto, a carga nuclear do átomo de $Na$ ( $+ 11$ ) é inferior à do átomo de $Mg$ ( $+ 12$ ), pelo que a força atrativa exercida pelo núcleo do átomo de $Na$ sobre os eletrões de valência é menor do que a exercida pelo núcleo do átomo de $Mg$ . Assim, o raio atómico do $Mg$ é menor do que o do $Na$ .

O eletrão de valência do átomo de $K$ encontra-se num nível de energia superior ( $n = 4$ ) ao do eletrão de valência do átomo de $Na$ ( $n = 3$ ), estando, em média, mais afastado do núcleo. Assim, o raio atómico do $Na$ é menor do que o do $K$ .

Como o raio atómico do $Mg$ é menor do que o do $Na$ e o raio atómico do $Na$ é menor do que o do $K$ , a ordenação por ordem crescente do raio atómico é: $Mg$ , $Na$ , $K$ .

Tenta primeiro no papel.

Quem lê a resolução antes de tentar acha que percebeu — e volta a errar no exame.

Mostra só o que se escreve na prova. A resolução explicada fica fechada — abres depois, se quiseres.

Resolução explicada

Passo a passo, com o porquê de cada passo.

O ponto de partida. O raio atómico mede, grosso modo, a distância do núcleo aos eletrões mais exteriores — os de valência. Duas coisas decidem esse tamanho, e o enunciado nomeia as duas:

o nível de energia em que estão os eletrões de valência (o $n$ da configuração eletrónica): quanto maior o $n$ , mais afastados do núcleo estão, em média, esses eletrões;
a carga nuclear (o número de protões, $Z$ ): para o mesmo nível de valência, quanto maior a carga do núcleo, mais fortemente atrai os eletrões e mais os puxa para perto.

O truque do item é que os três átomos não se comparam todos da mesma maneira: dois deles comparam-se pela carga nuclear, e o terceiro pelo nível. Vais precisar de duas comparações, cada uma com o seu argumento.

1.º — as configurações eletrónicas

Da tabela periódica: $Z (Na) = 11$ , $Z (Mg) = 12$ , $Z (K) = 19$ . No estado fundamental:

_{11} Na : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{1}

_{12} Mg : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2}

_{19} K : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{1}

Olha para a última orbital de cada uma: o $Na$ e o $Mg$ têm os eletrões de valência no nível $n = 3$ ; o $K$ tem-no no nível $n = 4$ .

2.º — Na e Mg: o mesmo nível, cargas nucleares diferentes

O $Na$ e o $Mg$ são do mesmo período — os eletrões de valência estão no mesmo nível de energia, $n = 3$ . O nível, portanto, não os distingue.

O que os distingue é a carga nuclear: $+ 11$ no $Na$ , $+ 12$ no $Mg$ . Os eletrões de valência dos dois estão no mesmo nível e o número de eletrões interiores (o cerne, $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6}$ ) é o mesmo nos dois — por isso o protão a mais do $Mg$ faz diferença real: o núcleo do $Mg$ exerce uma força atrativa maior sobre os eletrões de valência do que o núcleo do $Na$ , e a nuvem eletrónica contrai-se.

Conclusão: raio atómico do $Mg$ < raio atómico do $Na$ .

É a tendência geral ao longo de um período: da esquerda para a direita, o raio atómico diminui, porque a carga nuclear aumenta sem que os eletrões de valência mudem de nível.

3.º — Na e K: níveis diferentes

O $Na$ e o $K$ são do mesmo grupo. O eletrão de valência do $K$ está no nível $n = 4$ , superior ao do $Na$ ( $n = 3$ ): ocupa uma orbital mais externa, com o eletrão, em média, mais afastado do núcleo.

Conclusão: raio atómico do $Na$ < raio atómico do $K$ .

E a carga nuclear do $K$ , que é bem maior ( $+ 19$ )? Não inverte a conclusão. Entre o núcleo do $K$ e o eletrão $4 s$ há $18$ eletrões interiores, que o blindam da atração do núcleo; o efeito que domina, quando se desce num grupo, é o do nível mais elevado. É a tendência geral: ao longo de um grupo, de cima para baixo, o raio atómico aumenta. (Esta parte da blindagem não é pedida pelos critérios, mas antecipa a objeção que um leitor atento faria.)

4.º — a ordenação e o texto

Juntando as duas comparações: $r (Mg) < r (Na)$ e $r (Na) < r (K)$ . Logo, por ordem crescente de raio atómico:

Mg, Na, K

O $Na$ é a ponte entre as duas comparações — é por isso que os critérios o comparam com cada um dos outros e não comparam $Mg$ com $K$ diretamente. Faz o mesmo no teu texto: um parágrafo para o par $Na$ / $Mg$ (argumento da carga nuclear), outro para o par $Na$ / $K$ (argumento do nível), e uma frase final com a ordenação.

como este item é corrigido (é por níveis, não por etapas)

Não há etapas com pontos a somar. O corrector procura na tua resposta três elementos fixados nos critérios e, depois, olha para a forma: se o texto é bem estruturado e se a linguagem científica é adequada. Cruza as duas coisas e escolhe um nível:

nível 5 — $12$ pontos: os três elementos, texto bem estruturado e linguagem científica adequada;
nível 4 — $10$ pontos: os três elementos, mas com falhas de estrutura e/ou de linguagem científica;
nível 3 — $8$ pontos: apenas dois elementos, bem estruturados e com linguagem adequada;
nível 2 — $6$ pontos: apenas dois elementos, com falhas de estrutura e/ou de linguagem;
nível 1 — $4$ pontos: apenas um elemento, bem estruturado e com linguagem adequada.

Repara no que a tabela não tem: não há nível para «um elemento com falhas de linguagem». Uma resposta com um só elemento e mal escrita fica com $0$ pontos. E cada elemento que falta custa $4$ pontos de uma vez, enquanto as falhas de forma custam $2$ . O conteúdo pesa o dobro da forma — mas a forma decide o degrau dentro de cada patamar.

Os critérios gerais dizem ainda duas coisas que contam aqui: um texto estruturado é o que liga os elementos de forma conceptualmente consistente, seja qual for a ordem em que aparecem; e abreviaturas ou siglas não identificadas contam como falhas de linguagem científica. Escreve os nomes por extenso.

onde se perdem pontos

Dar só a ordenação. « $Mg < Na < K$ » sozinha é o elemento 3 — um elemento, nível 1, $4$ pontos no máximo. O item pede que justifiques, e as justificações são os outros dois elementos ( $8$ pontos entre eles).
Justificar o par $Na$ / $Mg$ sem dizer que os eletrões de valência estão no mesmo nível. O argumento da carga nuclear só funciona porque o nível é o mesmo. Sem essa premissa o elemento 1 fica incompleto.
Falar de «mais protões» sem ligar à força atrativa. O elemento 1 pede a cadeia inteira: carga nuclear menor ⇒ força atrativa do núcleo sobre os eletrões de valência menor ⇒ raio maior. Parar na carga nuclear deixa o raciocínio a meio.
Usar a carga nuclear para comparar $Na$ com $K$ . Quem raciocina «o $K$ tem mais protões, logo atrai mais, logo é mais pequeno» chega à ordem errada e escreve um argumento cientificamente falso. Entre elementos do mesmo grupo o que decide é o nível do eletrão de valência.
Escrever «tem mais camadas» ou «tem mais órbitas». A linguagem do programa é nível de energia (e orbital, não órbita — órbita é do modelo de Bohr). É uma falha de linguagem científica, e custa o degrau entre níveis.
Confundir carga nuclear com número de eletrões ou com massa. Carga nuclear é a carga do núcleo, dada pelo número de protões ( $Z$ ). «O $Mg$ é mais pesado, logo mais pequeno» não é um argumento.
Ordenar por ordem decrescente. O enunciado pede ordem crescente: do menor para o maior raio. Com a ordem trocada, o elemento 3 não está presente.

para reconhecer o próximo item deste tipo

Comparar tamanhos (raio atómico) ou facilidade em perder eletrões (energia de ionização) resolve-se sempre com as mesmas duas perguntas, nesta ordem: os eletrões de valência estão no mesmo nível? Se não, decide o nível — maior $n$ , maior raio. Se sim, decide a carga nuclear — maior carga, maior atração, menor raio. Um argumento por par de átomos, e o átomo do meio como ponte.

Primeiro, a resposta de exame.

A resolução explicada abre-se depois, à parte, se quiseres perceber o porquê.

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