Exercícios Resolvidos de Estrutura Eletrônica e Tabela Periódica

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 52-1.85. Modificado.

Dê a notação da configuração da camada de valência dos:

  1. Metais alcalinos;
  2. Elementos do Grupo 15/V;
  3. Metais de transição do Grupo 5;
  4. Metais de “cunhagem” (Cu, Ag, Au).

Passo 1

a) Metais alcalinos, pra quem não lembra, são o primeiro grupo/família da tabela periódica: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.

E pra fazer parte dessa família, é preciso ter configuração eletrônica terminada em s¹. Vamos dar uma olhada:

L i :   3   1 s 2   2 s 1

N a 11   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 1  

K :   19   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 1

R b :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 1 37  

C s : 55   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 1

F r :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2   4 f 14   5 d 10   6 p 6   7 s 1 87  

E a camada de valência desses caras coincide com o subnível mais energético. Então as configurações das camadas de valência são, respectivamente: 2s¹, 3s¹, 4s¹, 5s¹, 6s¹, 7s¹.

Considerando que n seja a camada de valência, e também o período da tabela periódica, a gente pode dizer que todos os metais alcalinos tem a camada de valência dada por n s¹.

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Passo 2

b) Elementos do Grupo 15/V são a família do nitrogênio: N, P, As, Sb, Bi. E pra fazer parte dessa família, a galera tem que ter a configuração eletrônica terminada em p³.

N 7   :   1 s 2   2 s 2   2 p 3

P :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 3 15  

A s 33   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 3

S b 51   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 3  

B i 83   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2   4 f 14   5 d 10   6 p 3

A configuração das camadas de valência fica: 2s² 2p³ para o N, 3s² 3p³ para o P, 4s² 4p³ para o As, 5s² 5p³ para o Sb e 6s² 6p³ para o bismuto.

Chamando de n a camada de valência (e o período da tabela periódica onde cada elemento se encontra) a gente pode dizer que os elementos da família do nitrogênio tem a configuração da camada de valência igual a: n n p³.

Passo 3

c) Metais de transição do Grupo 5 são o V, Nb, Ta, Db. Via de regra esses elementos tem como subnível mais energético o n d3.

V 23   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 3

T a 73   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2   4 f 14   5 d 3

D b 105   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2   4 f 14   5 d 10   6 p 6   7 s 2   5 f 14   6 d 3  

Pra esses caras, a camada de valência não coincide com o subnível mais energético.

Assim, a camada de valência do Vanádio é a n = 4 de configuração 4s². A configuração da camada de valência do Ta é 6s² e do Db é 7s².

E porque que a gente não falou do nióbio?

Bem, a configuração esperada no nióbio seria:

N b 41   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 3  

Mas, na verdade, no estado fundamental a configuração observada pra ele é:

N b 41   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 1   4 d 4  

O nióbio é uma exceção onde a configuração n s¹ ( n -1)d4 é mais estável do que a configuração esperada.

Dessa maneira, a configuração da camada de valência dele é, apenas, 5s¹.

Usando a mesma nomenclatura dos itens anteriores, para os metais do grupo 5, a configuração da camada de valência é dada por n s². Normalmente, como a camada de valência não coincide com o subnível mais energético (decisivo na locação na tabela periódica), a gente cita também o subnível mais energético e fica assim: n s² ( n -1)d³.

Passo 4

d) Metais de “cunhagem” é uma nomenclatura meio antiga pra falar do cobre, da prata e do ouro. Assim como o nióbio, as configurações deles não são exatamente como a gente “espera”. Vamos ver:

Como a gente esperaria que fosse:

C u 29   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 9  

A g 47   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 9

A u 79   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2   4 f 14   5 d 9

Como realmente é:

C u 29   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 1   3 d 10  

A g 47   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 1   4 d 10

A u 79   :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 1   4 f 14   5 d 10

Porque que isso acontece?

Vamos dar uma olhada nos orbitais de um subnível d qualquer, preenchido com nove elétrons e preenchido com 10 elétrons:

Dá pra perceber que a configuração d10 é mais “simétrica” né?

Todos os 5 orbitais dentro de um subnível d são degenerados, ou seja tem o mesmo nível de energia.

Num subnível d preenchido com 9 elétrons é mais “difícil” pro átomos manter os 5 elétrons no mesmo nível energético, porque eles tem “graus de preenchimento” diferente. Mas em uma configuração d10 isso ocorre mais “naturalmente”, com menos “esforço” por parte do átomo.

Simplificando, é mais fácil pro átomo manter 5 orbitais no nível energético igual se eles forem, de fato, iguais.

Por isso a configuração n s¹ ( n -1)d10 é mais estável que a configuração n s² ( n -1)d9 para os metais de cunhagem.

Resposta

  1. n
  2. n n
  3. n s² ( n -1)d³ e n s¹ ( n -1)d4 para o nióbio
  4. n s¹ ( n -1)d10

Onde n é a camada de valência e também o período do elemento na tabela periódica.

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