Raio atômico

O raio atômico é uma medida que descreve o tamanho de um átomo neutro. Refere-se à distância do núcleo até a camada mais externa de elétrons. O conceito de raio atômico teve sua origem no início do século XX, com os avanços da física quântica e a compreensão cada vez maior da estrutura atômica. Nesse sentido, o químico inglês Henry Moseley, em 1913, realizou experimentos que demonstraram a relação entre o número atômico (número de prótons no núcleo) e as propriedades dos elementos, fornecendo uma base mais sólida para a organização da tabela periódica.

Compreender o raio atômico é importante para diversas aplicações na química, incluindo a previsão de reações químicas e a compreensão das propriedades físicas dos elementos. Por exemplo, elementos com raios atômicos menores tendem a formar ligações mais fortes, enquanto aqueles com raios maiores são mais propensos a participar de reações que envolvem a transferência de elétrons. Desse modo, compreender esse assunto proporciona uma base sólida para explorar e manipular a química dos materiais.

Leia também: Eletronegatividade — outra propriedade periódica dos elementos químicos

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre raio atômico
• 2 - Videoaula sobre raio atômico
• 3 - O que é raio atômico?
• 4 - Variação do raio atômico na tabela periódica
• 5 - Como calcular o raio atômico?
• 6 - Qual o elemento com o menor raio atômico?
• 7 - Qual o elemento com o maior raio atômico?
• 8 - Diferença entre raio atômico e raio iônico
• 9 - Exercícios resolvidos sobre raio atômico

Resumo sobre raio atômico

• Raio atômico é a medida do tamanho de um átomo neutro, definida como a distância do núcleo até a camada mais externa de elétrons.

• Na tabela periódica, o raio atômico aumenta de cima para baixo em um grupo e diminui da esquerda para a direita em um período.

• O cálculo do raio atômico é geralmente feito de forma indireta, usando difração de raios X, dados espectroscópicos ou cálculos teóricos de mecânica quântica.

• O elemento com o menor raio atômico é o hélio.

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• O elemento com o maior raio atômico é o frâncio.

• Raio iônico refere-se ao tamanho de um íon, que é um átomo que ganhou ou perdeu elétrons.

• Quando um átomo perde elétrons e se torna um cátion, seu raio iônico é menor que o raio atômico original.

• Quando um átomo ganha elétrons e se torna um ânion, seu raio iônico é maior que o raio atômico original.

Videoaula sobre raio atômico

O que é raio atômico?

O raio atômico é uma medida do tamanho de um átomo neutro, geralmente definido como a distância do núcleo do átomo até a camada mais externa de elétrons.

Variação do raio atômico na tabela periódica

A variação do raio atômico na tabela periódica ocorre de maneira previsível, ou seja, trata-se de uma propriedade periódica. Nesse sentido, ao seguir de cima para baixo em um grupo (coluna), o raio atômico aumenta porque novos níveis de energia (camadas eletrônicas) são adicionados, fazendo com que os elétrons fiquem mais distantes do núcleo.

Por outro lado, da esquerda para a direita em um período (linha), o raio atômico diminui porque o número de prótons no núcleo aumenta, o que atrai os elétrons mais fortemente e puxa-os para mais perto do núcleo. Sendo assim, o tamanho do átomo diminui ao longo de um período, conforme é indicado na imagem abaixo:

Para fins de comparação, veja os raios atômicos dos elementos representativos (família 1A – 7A) dispostos abaixo. Perceba que eles obedecem a uma sequência, aumentando de cima para baixo e da direita para a esquerda.

Como calcular o raio atômico?

Calcular o raio atômico diretamente é bem complicado devido à natureza quântica dos elétrons que não orbitam o núcleo em trajetórias fixas. Em vez disso, o raio atômico é geralmente determinado de forma indireta. Por exemplo, uma abordagem comum é usar dados experimentais de difração de raios X ou medições espectroscópicas para determinar as distâncias entre núcleos de átomos em uma molécula ou em um cristal. Sendo assim, o raio atômico é então estimado como metade da distância entre os núcleos de dois átomos adjacentes conforme ilustrado a seguir.

Além disso, métodos de mecânica quântica possibilitam estimar a distribuição de densidade eletrônica ao redor do núcleo e, a partir disso, determinar o tamanho do átomo. Portanto, cabe ressaltar que esses métodos permitem obter valores precisos do raio atômico, que podem variar dependendo do ambiente químico e das interações entre átomos.

Veja também: Quais são as famílias da Tabela Periódica?

Qual o elemento com o menor raio atômico?

O elemento com o menor raio atômico é o hélio (He), o qual está localizado no canto superior direito da tabela periódica, no grupo dos gases nobres. Apesar de o hidrogênio estar na mesma linha e ter apenas um próton, o hélio tem uma carga nuclear maior (dois prótons) e ainda só possui duas camadas eletrônicas. Isso faz com que os elétrons do hélio sejam atraídos mais fortemente para o núcleo, resultando em um raio atômico menor em relação aos outros elementos.

Qual o elemento com o maior raio atômico?

Já o elemento com o maior raio atômico é o frâncio (Fr), porquanto está localizado no canto inferior esquerdo da tabela periódica, no grupo dos metais alcalinos, ou seja, tem muitos níveis de energia, o que significa que seus elétrons estão distribuídos em várias camadas eletrônicas. Logo, isso faz com que a camada mais externa de elétrons esteja muito distante do núcleo, resultando em um raio atômico maior comparado aos demais elementos.

Saiba mais: Qual é a estrutura de um átomo?

Diferença entre raio atômico e raio iônico

O raio iônico, assim como o raio atômico, estima tamanhos, mas com algumas diferenças importantes. O raio atômico descreve o tamanho de um átomo neutro, enquanto o raio iônico refere-se ao tamanho de um íon, e essas medidas podem variar significativamente devido às mudanças na carga elétrica e na distribuição dos elétrons. Nesse último caso temos duas possibilidades:

• Quando um átomo perde elétrons e se torna um cátion (íon positivo), seu raio iônico é menor que o raio atômico original, pois a perda de elétrons reduz a repulsão entre eles, permitindo que os restantes sejam puxados mais perto do núcleo.

• Em contrapartida, quando um átomo ganha elétrons e se torna um ânion (íon negativo), seu raio iônico é maior que o raio atômico original, pois a adição de elétrons aumenta a repulsão entre eles, fazendo com que se espalhem mais, conforme a ilustração abaixo para cada caso:

Exercícios resolvidos sobre raio atômico

1ª) (Udesc) De acordo com as propriedades periódicas dos elementos químicos, analise as proposições abaixo.

I. O tamanho do raio atômico dos elementos químicos cresce da direita para a esquerda nos periódicos e cresce de cima para baixo nos grupos.

II. O tamanho do raio atômico dos elementos químicos cresce da esquerda para direita nos periódicos, assim como a eletropositividade.

III. O iodo apresenta raio atômico menor do que o cloro.

IV. O nitrogênio apresenta raio atômico maior do que o flúor.

Analise a alternativa correta.

1. Somente a afirmativa I é verdadeira.

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2. Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

3. Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

4. Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras.

5. Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.

Gabarito: d

Os itens I e II se contrastam no que tange a periodicidade do raio atômico, sendo verdadeiro apenas o item I, pois na tabela periódica, da direita para a esquerda e de cima para baixo, há um aumento no número de camadas eletrônicas e o maior distanciamento da camada mais externa do núcleo atômico, tornando-a menos propensa aos efeitos da carga nuclear efetiva. Consequentemente o raio atômico será maior.

Ao verificarmos na tabela, percebe-se que o iodo está abaixo do cloro e, por isso, tem raio atômico maior. Sendo assim, o item III está errado. Por outro lado, o item IV está correto. O nitrogênio possui raio atômico maior, pois se encontra mais à esquerda no mesmo período que o flúor.

2ª) (UFGD) O raio iônico é o raio de um cátion ou de um ânion. Quando um átomo neutro se converte em um íon, espera-se uma mudança no seu tamanho. Em relação ao raio iônico, leia as seguintes afirmações.

1. O raio do Li⁺ é menor do que o raio do Li, pois o primeiro apresenta um elétron a menos.

2. Os íons Na⁺, F^– e Mg²⁺ têm a mesma configuração eletrônica, porém seus raios são diferentes porque eles têm diferentes números atômicos.

3. O raio dos ânions é maior do que o raio dos átomos originais devido ao aumento do número de elétrons na camada de valência dos ânions e aos efeitos de repulsão que os elétrons exercem uns sobre os outros.

4. O raio iônico diminui de cima para baixo em um mesmo grupo na tabela periódica devido ao aumento sucessivo do número de camadas eletrônicas.

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Estão corretas as afirmações em

1. I e II, apenas.

2. I, II e III, apenas.

3. II e III, apenas.

4. II e IV, apenas.

5. I e IV, apenas.

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Gabarito: b

Vamos analisar cada item separadamente:

I - Está correto, pois ao remover um elétron de um átomo neutro, o raio atômico diminui.

II - Devemos verificar as configurações eletrônicas:

sódio neutro: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Ao perder um elétron para se tornar Na⁺, fica: 1s² 2s² 2p⁶.

flúor neutro: 1s² 2s² 2p⁵. Ao ganhar um elétron para se tornar F⁻, fica: 1s² 2s² 2p⁶.

magnésio neutro: 1s² 2s² 2p⁶ 3s². Ao perder dois elétrons para se tornar Mg²⁺, fica: 1s² 2s² 2p⁶.

De fato, eles possuem a mesma configuração eletrônica, mas seus números de prótons são diferentes. O que significa que o tamanho dos raios atômicos também será distinto. (correto)

III – Correto, é exatamente o que acontece.

IV – O raio iônico diminui aumenta de cima para baixo em um mesmo grupo na tabela periódica devido ao aumento sucessivo do número de camadas eletrônicas. (errado)

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. A periodicidade. In: Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. 51–60.

L. BROWN, T. et al. Tamanho de átomos e íons. In: Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil., 2016. p. 276–278.

RAHM, M.; HOFFMANN, R.; ASHCROFT, N. W. Atomic and Ionic Radii of Elements 1–96. Chemistry - A European Journal, v. 22, n. 41, p. 14625–14632, 2016.

WELLER, M. et al. Raios atômicos e iônicos. In: Química Inorgânica. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2017. p. 22–25.