Dimensões Atômicas

Átomos não são esferas sólidas. De acordo com a teoria ondulatória, os átomos não são esferas sólidas onde se encontram os elétrons. Um orbital atômico não tem uma fronteira definida, além da qual se encontram os elétrons. Sendo assim, como podemos definir o tamanho ou o raio de um átomo?

                                                         Fig. 1 - Raios atômicos.

Uma das maneiras mais simples e uteis para se determinar as dimensões atômicas envolve os comprimentos de ligações. Por exemplo, uma molécula diatômica simples, como o Cl₂. O raio de um átomo de cloro pode definir-se experimentalmente dividindo-se por dois a distância entre os centros dos átomos na molécula de Cl₂. Na molécula de Cl₂, a distância do centro de um átomo ao centro do outro átomo é 200 pm (pm = picômetro que equivale à 10^-12 m), o que dá ao átomo de Cl o raio – denominado raio covalente – de 100 pm. Analogamente, a distância C----C no diamante é de 154 pm, desta forma o raio do átomo de carbono seria de 77 pm.

Para verificar essas estimativas, podemos somá-las para estimar a distância entre o Cl e o C no CCl₄. A distância prevista é 177 pm, o que se aproxima bastante com a distância C----Cl medida experimentalmente, 176 pm.

Este procedimento se aplica somente se o elemento forma compostos moleculares. Para elementos que não formam compostos moleculares, os raios são estimados com base nas distribuições eletrônicas.

Para os elementos dos grupos principais, os raios atômicos aumentam quando se desce a coluna de um grupo da tabela periódica e diminuem quando se percorre um período da esquerda para a direita. Que podem ser explicadas da seguinte forma:

• ·         O tamanho de um átomo é determinado pelos seus elétrons mais externos. Ao descer a coluna de um grupo na tabela periódica, os elétrons são localizados em orbitais que têm valores cada vez maiores do número quântico principal, n. Em consequência, os elétrons destes orbitais estão cada vez mais afastados do núcleo.
• ·         Num mesmo período, o número quântico principal, n, dos orbitais de valência é constante. A passagem de um elemento para o seguinte, num determinado período, envolve a adição de um próton e de um elétron. A cada etapa, a carga nuclear efetiva, Z*, também aumenta ligeiramente, pois o efeito de cada próton adicional é mais importante do que o efeito de cada elétron adicional. Assim, a atração entre o núcleo e os elétrons aumenta, e como esta atração é um tanto mais forte do que a repulsão crescente entre os elétrons, o raio atômico diminui.

                                     Fig. 2 - Tendência do aumento do raio atômico.                    

Entre os metais de transição tem-se uma situação diferente. Caminhando da esquerda para a direita num determinado período, o raio diminui inicialmente para os primeiros elementos, varia muito pouco no meio de um período e sofre um pequeno aumento no final do período. Este efeito pode ser explicado compreendendo-se que as variações ao longo do período ocorrem principalmente na subcamada (n – 1)d. O tamanho de um átomo é, no entanto, determinado principalmente pelos elétrons na camada mais externa. Isto é, pelos elétrons da subcamada ns. Na primeira série de transição, por exemplo, a camada externa contem os elétrons 4s, mas elétrons são adicionados aos orbitais 3d ao longo da série. O efeito do aumento da carga nuclear, Z, quando nos movemos da esquerda para a direita, é principalmente cancelado pelo aumento da repulsão elétron-elétron entre os elétrons d. O aumento no tamanho dos elementos dos grupos 1B e 2B ao final da série reflete a importância da repulsão elétron-elétron quando a subcamada d é preenchida.

Exercício

Estime as distâncias átomo-átomo

1. a)    Estime as distâncias H---O na molécula de H₂O e H---S na molécula de H₂S.

Raio atômico do hidrogênio = 37 pm

Raio atômico do oxigênio = 73 pm

Somando  os  dois  raios  atômicos tem-se a distância átomo-átomo  entre H---O que seria 110 pm.

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Raio atômico do hidrogênio = 37 pm

Raio atômico do enxofre = 103 pm

Somando  os  dois  raios  atômicos  tem-se a  distância átomo-átomo entre H---S que seria 140 pm.

1. b)    Se a distância interatômica no Br₂ for de 228 pm, qual o raio do Br? Com esta estimativa, e com a feita para o Cl, estime a distancia entre os átomos no BrCl.

Se a distância interatômica no BR₂ é 228 pm é só dividir a distância por 2 que se tem a distância de 1 átomo de Br, que seria 114 pm.

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Raio atômico do cloro = 100 pm

Raio atômico do bromo = 114 pm

Somando  os  dois  raios atômicos tem-se a distância átomo-átomo entre Br---Cl que seria 214 pm.

                                         Fig.3 - Raios atômicos (em picômetros = 10^-12 m)

Referências: Química e Reações Químicas; KOTZ, John C., TREICHEL JR, Paul; 4ª Edição; 1º volume; Rio de Janeiro; Editora LTC; 2002