Em 1925, o físico austríaco Wolfgang Pauli levantou a hipótese de que nenhum elétron em um sistema quântico pode estar no mesmo estado quântico. Ou seja, dois elétrons não podem ter exatamente o mesmo conjunto de números quânticos (
). Se um elétron está presente em um estado, ele exclui todos os outros. Essa afirmação, chamada de “princípio de exclusão de Paulí”, é fundamental para o entendimento da natureza da matéria. Dito isso, suponha que um átomo
sofre ionização de tal modo que, sua camada de valência é completada pela entrada de um elétron descrito pelo
conjunto de numero quântico
. Qual a configuração eletrônica do elemento X ? Qual é o gás nobre que é isoeletrônico ao íon do elemento X ?
conjunto de numero quântico
Passo 1
O enunciado nos diz o seguinte e pede duas coisas. Informações fornecidas:
- Um elétron adicional ao átomo
tem os números quânticos . - Esse elétron entra de modo a completar a camada de valência do átomo
(ou seja, após a entrada a camada de valência fica completa).
Perguntas pedidas:
- Qual a configuração eletrônica do elemento
(presumo que se refira ao átomo neutro )? - Qual gás nobre é isoeletrônico ao íon do elemento
(isto é, ao íon formado após a entrada desse elétron)?
Passo 2
O que significam os números quânticos dados — aula rápida e essencial (sem pular etapas):
- O número quântico principal
indica o nível de energia/principal camada eletrônica. Aqui significa que o elétron está na terceira camada (camada ). - O número quântico azimutal
indica o tipo de orbital: é , é , é , etc. Como , o elétron está num orbital . - O número magnético
indica qual das orientações do orbital ( ). Aqui só identifica qual das três orbitais ocupa, mas não muda o número total de elétrons na subcamada. - O número de spin
pode ser ou ; aqui diz que o elétron tem spin para baixo. Pela regra de Pauli, cada orbital (cada combinação ) suporta no máximo dois elétrons com spins opostos.
Resumo curto: o elétron ocupado é de um orbital da subcamada
. Em símbolos: o elétron está em
(mais precisamente em
).
Passo 3
Interpretar “camada de valência é completada pela entrada desse elétron”.
- Se a entrada desse elétron completa a camada de valência, isso significa que, após a entrada, a subcamada de valência correspondente fica cheia.
- Como o elétron entrou em
, a subcamada envolvida é . A capacidade total da subcamada é elétrons (três orbitais × 2 spins). - Portanto, depois da entrada, espera-se que a configuração tenha
(subcamada completa). - Logo, antes da entrada (isto é, no átomo neutro
se ele ganhou esse elétron para formar o íon), a subcamada devia ter uma ocupação de (faltando um elétron que foi o que entrou).
Passo 4
Montar a configuração eletrônica completa do átomo neutro
, sabendo que termina em
.
- As camadas e subníveis preenchidos até
seguem a ordem usual (Aufbau): . - Colocando os números de elétrons conhecidos:
, , , , . - Somando elétrons para conferir o número atômico:
- Um átomo com
elétrons é o cloro, . Portanto a configuração eletrônica do elemento (átomo neutro) é
Passo 5
Verificação rápida e interpretação do íon formado e do gás nobre isoeletrônico.
- Se o elemento
ganha um elétron (entrada do elétron descrito), o íon resultante terá um elétron a mais: . - A configuração do íon (por exemplo
) passa a ser - Essa configuração é idêntica à configuração do gás nobre argônio, cujo número atômico é
e configuração é exatamente essa. Ou seja, o íon é isoeletrônico com o gás nobre Argônio ( ).
Passo 6
Comentário sobre os números quânticos específicos do elétron (por que isso não altera o resultado):
- O fato de
e só especifica qual orbital e qual spin esse elétron ocupa; qualquer uma das três orientações poderia ser a última a entrar dependendo do detalhe, mas o importante para a configuração é apenas que o subnível ficou com elétrons. - A regra de Hund e o princípio de exclusão de Pauli garantem como os elétrons se distribuem entre orbitais e spins, e a conclusão sobre
permanece correta.
Resposta
Argônio (
), com configuração
.