Raio Atômico e Iônico

No texto “Raio atômico: o tamanho do átomo” é bem explicado que o raio atômico (r) é basicamente a metade da distância (d) entre dois núcleos de átomos vizinhos, considerando-se os átomos como esferas. Mostrou-se também que o raio atômico é uma propriedade periódica que aumenta de cima para baixo e da direita para a esquerda na Tabela Periódica.

Agora, neste texto, vamos ver o que ocorre com o raio atômico quando o átomo perde ou ganha elétrons, isto é, quando se transforma em um íon. Se o átomo do elemento no estado fundamental perder um ou mais elétrons, ele ficará com uma carga positiva (porque os elétrons são negativos) e será chamado de cátion. Caso contrário, se o átomo ganhar um ou mais elétrons, ele ficará com a carga negativa e será denominado ânion.

Observe como ocorre a variação do tamanho do raio atômico em cada caso:

• Raio atômico em relação ao raio do cátion:

O raio atômico diminui quando o átomo se transforma em um cátion porque ele perdeu elétrons e sua carga nuclear efetiva (Z_ef) aumentou. A carga nuclear efetiva corresponde à carga nuclear, isto é, o número de prótons, menos a blindagem que é exercida pelos elétrons intermediários, que ficam entre o núcleo e os elétrons da camada mais externa.

Z_ef = prótons – elétrons intermediários

Por exemplo, considere o átomo de sódio no estado fundamental. Ele possui 11 prótons e 11 elétrons, sendo que esses elétrons estão distribuídos em três camadas eletrônicas da seguinte forma: 2 – 8 – 1.

Visto que os elétrons intermediários são 2 – 8, isto é, 10, então temos que a carga nuclear efetiva do sódio é de +1:

Z_ef = + 11 – 10
Z_ef = +1

Já o átomo de cloro possui uma carga nuclear efetiva maior, pois ele também possui três camadas eletrônicas, mas tem 17 prótons e 17 elétrons no estado fundamental, sendo a sua distribuição eletrônica igual a 2 - 8 – 7:

 Z_ef = + 17 – 10
Z_ef = +7

Quanto maior a carga nuclear efetiva, maior será a atração do núcleo sobre os elétrons e menor será o raio. Nos exemplos acima, o cloro tem o raio atômico menor que o do sódio.

Agora pense, por exemplo, no caso de o átomo de sódio perder seu elétron na camada de valência, tornando-se um cátion. Nesse caso, a sua carga nuclear efetiva irá aumentar e, consequentemente, o seu raio atômico irá diminuir:

 Z_ef = + 11 – 2
Z_ef = +9

• Raio atômico em relação ao raio do ânion:

Neste caso, a carga nuclear efetiva não se altera. Veja o caso do cloro, por exemplo: digamos que ele receba um elétron, ficando com oito elétrons em sua camada de valência e se tornando um ânion. Ainda assim a camada de blindagem continuaria a ser - 10 e a carga nuclear continuaria igual a + 17, dando um valor para a carga nuclear efetiva de +7, o mesmo valor do seu estado fundamental.

No entanto, o núcleo do ânion acaba sendo parcialmente blindado e seu raio aumenta. A entrada de um elétron no último nível do cloro, onde antes havia apenas 7, provoca a expansão do nível. A repulsão elétrica aumenta e os elétrons se afastam, ocupando um espaço maior e resultando em um raio atômico maior.

Assim temos, resumidamente:

Raio do cátion < raio do átomo < raio do ânion

• Raio de íons isoeletrônicos:

Íons isoeletrônicos são aqueles que possuem a mesma quantidade de elétrons e, consequentemente, a mesma quantidade de camadas eletrônicas.

Assim, o que vai diferenciar um do outro é a quantidade de prótons que há no núcleo, isto é, o número atômico. Com o aumento no número atômico, a carga nuclear efetiva diminuirá e o raio será maior.

Por exemplo, conforme já mencionado, a carga nuclear efetiva do cátion sódio (₁₁Na⁺¹) é de +9. Agora comparemos com o ânion fluoreto (₉F^1-) que, assim como o cátion sódio, também possui 10 elétrons distribuídos em 2 camadas eletrônicas. Veja a sua carga nuclear efetiva:

 Z_ef = + 9 – 2
Z_ef = +7

Observe que a carga nuclear efetiva do fluoreto é menor que a do cátion sódio. Com base nisso, concluímos que o raio iônico do fluoreto é maior.