Propriedades periódicas: raio atômico

RKA11E - Nesse vídeo vamos pensar um pouco sobre a noção de tamanho atômico ou raio atômico. Em um primeiro momento, você pode pensar que isso é algo bem direto, já que se você está tentando calcular o raio de algum objeto circular, basta pensar na distância entre o centro desse objeto e a sua ponta. Então, o comprimento dessa linha aqui seria o raio, certo? Normalmente, quando as pessoas imaginam um átomo, elas pensam em um núcleo positivo com prótons no centro e imaginam elétrons em certas órbitas fixas ao redor desse núcleo. Elas imaginam inclusive, que esses elétrons estaria girando aqui e que deveriam haver mais alguns girando nessa órbita aqui. Pensando dessa forma, você poderia dizer: "ok, é muito fácil encontrar o raio atômico. Eu descubro a distância entre o núcleo e o elétron mais distante, e então chamamos isso aqui de raio atômico". Isso funcionaria muito bem, no entanto, essa não é a forma certa de conceituar elétrons, como eles se movem ou como eles estão distribuídos ao redor do núcleo. Os elétrons não estão em órbitas ao redor do núcleo como os planetas estão em órbitas ao redor do sol. Inclusive já falamos sobre isso em vídeos anteriores. Eles estão em órbitas que são apenas uma distribuição probabilística de onde os elétrons podem estar, ou seja, as posições deles não são bem definidas. Você pode ter um orbital, que estou te mostrando em 2 dimensões, mas seria na verdade em 3 dimensões. Onde há uma grande probabilidade de que os elétrons estejam aqui, e ainda alguma probabilidade de que os elétrons estejam nessa área aqui. E ainda tem uma probabilidade menor de que eles estejam nessa daqui. Então, você poderia dizer que no momento, os elétrons estão lá e que os elétrons externos estão aqui. Então, você diria que isso é o raio. Agora no momento seguinte existe uma probabilidade de que eles estejam aqui, logo, o raio poderia ser esse. Então, os elétrons e os orbitais possuem uma probabilidade de distribuição difusa, ou seja, não possuem uma órbita bem definida. Dessa forma, como é que podemos dizer qual é o tamanho de um átomo? Existem várias técnicas para descobrir isso. Uma delas é pensar: "ok, se eu tenho dois átomos iguais, dois átomos do mesmo elemento, e que não estão ligados um ao outro, ou seja, que não fazem parte da mesma molécula, eu poderia simplesmente determinar o quão próximo eles estão sem estar ligados um ao outro. Dessa forma, você poderia ver qual é a menor distância que eles podem estar um do outro. Se você consegue descobrir a distância mínima que eles podem estar, sem ter algum tipo de influência um sobre o outro, você pegaria essa distância e então dividiria por dois. Esse seria o raio atômico. Na verdade, essa distância é chamada de raio de Van der Waals. Outra forma seria a seguinte: imagine que você tenha dois átomos do mesmo elemento. Claro, é bom deixar isso bem claro. Mas agora esses 2 átomos estão ligados um ao outro e estão conectados através de uma ligação covalente. E como já vimos em vídeos anteriores, uma ligação covalente, é uma ligação na qual temos dois átomos. Este aqui sendo o núcleo de um, e este aqui sendo o núcleo do outro, e esses dois núcleos estão compartilhando elétrons. Na verdade, suas nuvens de elétrons se sobrepõe uma a outra. Então, na ligação covalente os elétrons dessa ligação poderiam passar algum tempo nesse átomo, e outro tempo nesse átomo aqui. Quando temos uma ligação covalente como essa, podemos encontrar a distância entre os dois núcleos, pegar a metade dela, e chamar de raio atômico. Nós vimos aqui duas maneiras diferentes de pensar a respeito do raio atômico. E agora que já esclarecemos isso, podemos falar sobre as tendências para o tamanho atômico, ou seja, a tendência para o raio atômico na tabela periódica. Para entender legal o que é a tendência para o raio atômico, vamos nos mover aqui pelos períodos. Supondo que eu esteja aqui no quarto período, e que fomos do potássio para o criptônio, o que você acha que tenderia a acontecer aqui? Bem, se você pensar a respeito dos elétrons mais externos, como você acha que o potássio seria comparado ao criptônio, em termos de raio atômico? Nesse momento, vou te pedir que pause o vídeo e pense a respeito disso por alguns minutos. Quando você está aqui no quarto período, os elétrons externos estarão na quarta camada, preenchemos os orbitais 4s¹ 4s², depois você retorna aqui à subcamada 3d, e depois de preenchida, você vai voltar orbital 4p¹, e assim sucessivamente. Quando você começa a preencher a subcamada "p", ou seja, quando você vai do potássio para o criptônio, você está preenchendo a quarta camada externa. Agora, o que será que está acontecendo? Bem, você está no potássio e o potássio tem 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19. São 19 prótons, e portanto, 19 elétrons. Eu vou desenhar eles aqui. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18. Ok, você tem apenas um elétron na camada externa que é nessa quarta camada aqui. E a gente vai dizer que o elétron, nesse momento está aqui, somente para visualizar. Ele não tem que necessariamente estar lá, mas é somente para gente visualizar essas ideias, ok? Então, temos apenas um elétron aqui e não podemos esquecer que existe a força de Coulomb. 19 prótons realizando uma força eletrostática, e que está atraindo esse elétron e mantendo ele lá. Agora, se você for para o criptônio, você vai reparar que existe muito mais carga positiva no núcleo. Então você tem 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e vamos embora, não preciso fazer tudo isso, ok? Você tem 36, você tem uma carga positiva de 36 prótons, deixa eu escrever isso aqui, você tem mais 36. Ah, claro, e aqui nós temos mais 19. Então, se você tem 36 prótons, você terá 36 elétrons, certo? Mas na camada externa, na quarta camada, você tem 2p e 6p. Então, você tem oito elétrons em sua camada mais externa. Isso seria então 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Uma forma de pensar a respeito disso é visualizar da seguinte forma, se você tem mais carga positiva no centro e mais carga negativa na camada externa, isso trará a camada externa para dentro, certo? Já que haverá mais atração coulombiana aqui e, por causa disso, a camada externa irá para dentro. Com isso, o criptônio será menor, ou seja, terá um raio atômico menor que o do potássio. A tendência geral é que para a direita na tabela periódica, menor será o raio. Essa é a razão do porquê o hidrogênio não ter o menor raio de todos, mas sim o hélio. Na verdade, o fato do hélio ser menor que o hidrogênio, depende da técnica que você usa para medi-los. Isso porque, se pegarmos o caso mais simples, o hidrogênio tem um próton no núcleo e um elétron na camada 1s. E com hélio, você tem dois prótons nos núcleos. Ah, só uma observação, não estou desenhando os nêutrons aqui, mas obviamente há isótopos com diferentes números de nêutrons. Mas voltando, temos aqui dois elétrons na camada externa. Então, você logo iria dizer: "tem mais atração eletrostática, certo?" Exatamente isso. Como aqui a gente tem +2, e esses combinados com esses dois negativos, temos os elétrons sendo atraídos com mais força para dentro. Então, essa daqui é a tendência quando a gente caminha para a direita, ou seja, quando vamos da esquerda para a direita na tabela periódica, o raio atômico dos elementos vai diminuindo. Agora, o que você acha que acontece quando a gente for para baixo na tabela periódica? Ou seja, quando descemos da tabela em um determinado grupo? Quando descemos em um grupo, para cada novo elemento estamos adicionando uma nova camada. Você está tendo mais e mais camadas. Aqui temos a primeira camada, depois vem a segunda e cada camada está cada vez mais distante. Se você desce na tabela periódica, fica meio óbvio imaginar que estamos tendo um raio atômico maior, certo? Mas é claro, tudo isso depende da forma como você os mede. Mas então, qual seria a tendência geral para tudo isso que a gente viu? Se o raio atômico aumenta quando a gente desce, isso significa que o raio diminui quando a gente vai para cima. Ou seja, sempre que a gente sobe, o raio vai diminuindo, diminuindo, diminuindo. Então qual será o menor raio de todos? Bem, eu já falei que o hélio tem o menor raio de todos, certo? Então qual será um dos maiores, qual será os maiores átomos? Serão os átomos que estão aqui embaixo do lado esquerdo. Esses aqui são realmente grandes, e esses aqui são pequenos, então conseguiu pegar a ideia legal? Quando você parte aqui da esquerda inferior e vai para direito superior, você tem raios cada vez menores e essa é a tendência geral.