05. (Uni - Rio - RJ)

“O coração artificial colocado em Elói começou a ser desenvolvido há quatro anos nos Estados Unidos e já é usado por cerca de 500 pessoas. O conjunto, chamado de “Heartmate”, é formado por três peças principais. A mais importante é uma bolsa redonda com 1,2 quilo, 12 centímetros de diâmetro e 3 centímetros de espessura, feita de titânio - um metal branco - prateado, leve e resistente.”
Fonte: Revista Veja, julho de 1999.
Entre os metais a seguir, aquele que apresenta, na última camada, número de elétrons igual ao do titânio é o:
(Dados: Números atômicos: \mathrm{Ti}=22 ; \mathrm{C}=6 ; \mathrm{Na}=11 ; \mathrm{Ga}: 31 ; \mathrm{Mg}=12 ; \mathrm{Xe}=54.)
a) C. Resolução:
b) Na .
c) Ga.
d) Mg .

Passo 1

O enunciado pergunta: “Entre os metais a seguir, aquele que apresenta, na última camada, número de elétrons igual ao do titânio é o: ?” As alternativas são \text{a) C}, \text{b) Na}, \text{c) Ga}, \text{d) Mg}.
Dados fornecidos (peguei estes números do enunciado): \mathrm{Ti}=22; \mathrm{C}=6; \mathrm{Na}=11; \mathrm{Ga}=31; \mathrm{Mg}=12; \mathrm{Xe}=54.
O que preciso encontrar: o metal cuja “última camada” (camada mais externa, isto é, com maior número quântico principal n) tem o mesmo número de elétrons que a última camada do titânio.

Passo 2

Explicando o conceito importante que usamos: “última camada” significa a camada eletrônica com maior número quântico principal n ocupada por elétrons no átomo neutro. Para um átomo neutro o número de elétrons é igual ao número atômico Z. Para determinar quantos elétrons existem na última camada, vamos montar (de forma prática e direta) a distribuição eletrônica por níveis ou usar a notação de orbitais mais comum (princípio de Aufbau): os elétrons preenchem, em ordem, os orbitais 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,\dots. Vou aplicar isso para o titânio e para cada alternativa, contando quantos elétrons ficam na camada de maior n.

Passo 3

Distribuição eletrônica do titânio ( \mathrm{Ti}, Z=22). Preenchendo os orbitais na ordem:
1s^2,\;2s^2,\;2p^6,\;3s^2,\;3p^6,\;4s^2,\;3d^2.
Agora organizando por camadas (valor de n):
  • camada n=1: 1s^2 2 elétrons;
  • camada n=2: 2s^2 2p^6 8 elétrons;
  • camada n=3: 3s^2 3p^6 3d^2 10 elétrons (note que os elétrons 3d têm n=3);
  • camada n=4: 4s^2 2 elétrons.
A última camada (maior n ocupada) é n=4 e nela há 2 elétrons. Logo o titânio tem \mathbf{2} elétrons na sua última camada ( 4s^2).

Passo 4

Agora calculo a última camada de cada alternativa para comparar com o titânio.
Elemento carbono ( \mathrm{C}, Z=6):
Preenchimento:
1s^2,\;2s^2,\;2p^2.
Camada mais externa é n=2 com 2s^2 2p^2 2+2=4 elétrons na última camada. Portanto \mathrm{C} tem 4 elétrons na última camada (não coincide com 2).

Passo 5

Elemento sódio ( \mathrm{Na}, Z=11):
Preenchimento:
1s^2,\;2s^2,\;2p^6,\;3s^1.
Camada mais externa é n=3 com 3s^1 1 elétron na última camada. Portanto \mathrm{Na} tem 1 elétron na última camada (não coincide com 2).

Passo 6

Elemento gálio ( \mathrm{Ga}, Z=31):
Preenchimento (forma usual):
1s^2,\;2s^2,\;2p^6,\;3s^2,\;3p^6,\;4s^2,\;3d^{10},\;4p^1.
Camada mais externa é n=4 com 4s^2 4p^1 2+1=3 elétrons na última camada. Portanto \mathrm{Ga} tem 3 elétrons na última camada (não coincide com 2).

Passo 7

Elemento magnésio ( \mathrm{Mg}, Z=12):
Preenchimento:
1s^2,\;2s^2,\;2p^6,\;3s^2.
Camada mais externa é n=3 com 3s^2 2 elétrons na última camada. Portanto \mathrm{Mg} tem \mathbf{2} elétrons na última camada.

Passo 8

Comparando: titânio tem 2 elétrons na última camada; entre as alternativas apenas o magnésio ( \mathrm{Mg}) também tem 2 elétrons na sua última camada. Observação útil para a prova: em metais de transição (como \mathrm{Ti}) há elétrons d que pertencem a camadas com n menor, por isso é preciso olhar para o número quântico principal n ao contar “última camada” (aqui o 4s^2 é a camada de maior n ocupada).

Resposta

d) Mg

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