Exame de Física e Química A 2026 · 2.ª fase — item 4.2.1, resolvido

O ponto de partida. Um radical livre (ou, simplesmente, radical) é uma espécie química — átomo, molécula ou ião — com pelo menos um eletrão desemparelhado, isto é, um eletrão sozinho numa orbital. Representa-se com um ponto junto do símbolo, como $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\bullet }$: o ponto é esse eletrão.

Os eletrões tendem a estar emparelhados (dois numa orbital, com spins opostos), porque é nessa situação que a energia é mais baixa. Um eletrão desemparelhado procura emparelhar — formando uma ligação, captando ou cedendo um eletrão —, e é por isso que os radicais são, em regra, muito reativos: reagem com quase tudo o que encontram, e depressa.

Para responder, tens de confirmar duas coisas: que o átomo de cloro tem, de facto, um eletrão desemparelhado no estado fundamental, e que consequência isso tem na sua reatividade.

1.º — a configuração eletrónica do cloro

O cloro tem número atómico $17$ (Tabela Periódica): o átomo neutro tem $17$ eletrões. No estado fundamental, os eletrões ocupam as orbitais por ordem crescente de energia:

Todas as subcamadas estão completas exceto a $3p$, que tem três orbitais ($3p_x$, $3p_y$, $3p_z$) e só cinco eletrões. Cada orbital comporta, no máximo, dois eletrões com spins opostos (Princípio da Exclusão de Pauli); e, pela Regra de Hund, os eletrões ocupam primeiro as orbitais degeneradas um a um, e só depois emparelham. Com cinco eletrões em três orbitais, a distribuição fica:

Duas orbitais com dois eletrões emparelhados e uma com um eletrão desemparelhado. Todas as outras orbitais ($1s$, $2s$, $2p$, $3s$) estão completas. O átomo de cloro tem, portanto, um eletrão desemparelhado — é um radical.

2.º — a consequência: muito reativo

Ao cloro falta um eletrão para completar a camada de valência ($3s^{2}3p^6$, a configuração do árgon). Esse eletrão desemparelhado emparelha com muita facilidade com um eletrão de outra espécie: o $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\bullet }$ arranca um átomo de oxigénio a uma molécula de ozono ($\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\bullet }+{\mathrm{O}}_3⟶\mathrm{Cl}{\mathrm{O}}^{\bullet }+{\mathrm{O}}_2$), forma ligações com quase tudo o que encontra. É uma espécie muito reativa.

É por isso que, na natureza, o cloro não aparece como átomos isolados: aparece em moléculas $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$, em que os dois eletrões desemparelhados formaram uma ligação covalente, ou em iões $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, que já ganharam o eletrão em falta.

Resposta: opção (A).

porque é que isto importa para o ozono

A grande reatividade do $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\bullet }$ é a razão pela qual os CFC são tão destrutivos na estratosfera: o radical reage com o ozono, é regenerado no fim do ciclo (é o que mostra a Figura 1, no item seguinte) e volta a reagir. Um só radical cloro pode destruir milhares de moléculas de ozono antes de ser retirado do ciclo.

a origem de cada opção errada

• (B) não possui eletrões desemparelhados, sendo uma espécie muito reativa — a primeira metade contradiz a própria definição: uma espécie sem eletrões desemparelhados não é um radical. Essa descrição serve para a molécula $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$, em que todos os eletrões estão emparelhados — e o $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ é reativo, mas não é um radical.
• (C) possui um eletrão desemparelhado, sendo uma espécie pouco reativa — acerta na estrutura e erra a consequência. Um eletrão desemparelhado é precisamente o que torna a espécie instável e reativa. Quem a escolhe pode ter associado o cloro a substâncias estáveis do dia a dia (o sal de cozinha), onde o cloro está como ião $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, e não como radical.
• (D) não possui eletrões desemparelhados, sendo uma espécie pouco reativa — erra as duas metades. É a descrição do ião cloreto, $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ ($18$ eletrões, $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$, todos emparelhados, com a configuração de gás nobre) — ou de um átomo de árgon. Não é a do átomo de cloro neutro.

onde se perdem pontos

Item de escolha múltipla: os $10$ pontos são tudo ou nada.

• Confundir o átomo com o ião. O $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ tem todos os eletrões emparelhados e é pouco reativo; o átomo $\mathrm{Cl}$ tem $17$ eletrões, um deles desemparelhado.
• Ficar pelos «sete eletrões de valência». O número de eletrões de valência não diz, por si, quantos estão desemparelhados: distribui os cinco eletrões $3p$ pelas três orbitais $3p$ e vês que um fica sozinho — com um número ímpar de eletrões, não há maneira de os emparelhar todos.
• Ligar «desemparelhado» a «estável». É o contrário: o eletrão sozinho procura emparelhar, e essa procura é a reatividade.
• Não indicar a versão da prova. Pelos critérios gerais, a ausência de indicação inequívoca da versão implica zero pontos nos itens de seleção.
• Assinalar duas opções. Só é classificada a resposta que surgir em primeiro lugar.

para reconhecer o próximo exercício deste tipo

Para saber se uma espécie é um radical, escreve a configuração eletrónica e conta os eletrões nas orbitais de valência: se houver um número ímpar de eletrões no total, há pelo menos um desemparelhado — é um radical (o $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\bullet }$, o ${\mathrm{H}}^{\bullet }$, o $\mathrm{N}{\mathrm{O}}^{\bullet }$, o $\mathrm{Cl}{\mathrm{O}}^{\bullet }$). E fixa a consequência: radical = eletrão desemparelhado = muito reativo.