Apresente a distribuição eletrônica do elemento
e do seu suposto íon com carga +3. Faça um esboço (representação) dos orbitais s, p e d (especificando quantos existe para cada tipo). Quais os 4 números quânticos para o elétron mais energético desse elemento?
Passo 1
O enunciado pede três coisas claras (estou assumindo o elemento neutro com
, isto é, o arsênio neutro):
- Apresentar a distribuição eletrônica (configuração eletrônica) do elemento
. - Apresentar a distribuição eletrônica do íon desse elemento com carga
(ou seja, ). - Fazer um esboço/representação dos orbitais
, e (e especificar quantos existem de cada tipo). - Informar os quatro números quânticos do elétron mais energético (do elétron de maior energia) desse elemento.
Informações relevantes dadas ou necessárias para resolver:
- Número atômico:
(isso diz quantos elétrons tem o átomo neutro: elétrons). - O íon
tem elétrons. - Para montar as configurações vou usar as regras usuais: princípio de Aufbau (ordem de preenchimento), princípio de Pauli e regra de Hund (isso eu explico nos próximos passos).
Passo 2
Breve aula (muito prática) sobre as regras que vamos aplicar — sem isso a configuração fica confusa:
- O que significa uma configuração eletrônica?
- É a distribuição dos elétrons nos orbitais atômicos (cada orbital especificado por um par como
, , , etc.) com o número de elétrons em expoente: por exemplo significa 2 elétrons no orbital .
- Regras fundamentais que usamos:
- Aufbau (princípio da construção): os elétrons ocupam os orbitais de menor energia primeiro. A ordem prática que vamos usar até
é:
(ou seja,
é preenchido antes de
, mas atenção: para íons a ordem de remoção pode diferir — eu explico isso depois).
- Princípio de Pauli: cada orbital suporta no máximo dois elétrons com spins opostos; simbolicamente cada orbital tem capacidade
. - Regra de Hund: em orbitais degenerados (como os três
ou os três ), os elétrons ocupam primeiro orbitais separados com spins paralelos (maximizar o número de elétrons desemparelhados).
- O que são números quânticos (curto e direto)?
-
= número quântico principal (determina o nível de energia principal: ). -
= número quântico azimutal (tipo de orbital: para , para , para ). -
= número quântico magnético (orientação do orbital: para dado , ). -
= número quântico de spin ( ou ).
Passo 3
Montagem passo a passo da configuração do átomo neutro
(colocando os elétrons em ordem):
Vamos preencher até contar
elétrons, sempre lembrando as capacidades:
-
cabe elétrons: (total acumulado: ). -
cabe : (acumulado: ). -
cabe : (acumulado: ). -
cabe : (acumulado: ). -
cabe : (acumulado: ). -
cabe : (acumulado: ). -
cabe : (acumulado: ). - Agora faltam
elétrons: os próximos orbitais são os , que podem receber até . Colocamos os 3 restantes em : (acumulado: ).
Portanto a configuração completa (expandida) fica:
Usando a notação com gás nobre
(onde
representa os
elétrons até
), escrevemos de forma compacta:
Comentário didático prático:
- Nas três orbitais
há elétrons: pela regra de Hund eles ficam em orbitais diferentes com spins paralelos (ou seja, existem 3 elétrons desemparelhados em ). Isso explica propriedades magnéticas do arsênio neutro.
Passo 4
Construção da configuração do íon
:
Regra prática para remoção de elétrons ao formar cátions:
- Remove-se primeiro os elétrons do maior número quântico principal
. No nosso caso, os orbitais com são e ; entre estes, os elétrons de são removidos antes dos de (e ambos antes dos elétrons de ). - O arsênio neutro tem
. Ao formar perde-se elétrons — todos eles saem dos orbitais (não precisamos tirar dos , porque havia 3 elétrons exatamente em ).
Logo a configuração do íon com carga
(que tem
elétrons) fica:
ou, em notação com gás nobre:
Observação útil: essa configuração é idêntica à configuração eletrônica do elemento neutro de número atômico
(zinco), por isso
tem “configuração do zinco”.
Passo 5
Esboço/representação qualitativa dos orbitais
,
e
e quantos existem de cada tipo:
- Orbitais
- Quantidade: para cada nível
existe exatamente orbital (portanto, por exemplo, há , , , , … — um por nível). - Forma (esboço verbal): uma esfera centrada no núcleo.
- Capacidade: cada orbital
comporta até elétrons. - Representação simbólica simples: (esfera) — imagine um círculo preenchido representando a nuvem eletrônica esférica.
- Orbitais
- Quantidade: para cada nível com
(a partir de ) existem orbitais : tipicamente rotulados , , . Em termos de números quânticos: e dá três orientações. - Forma (esboço verbal): cada orbital
é formado por dois lóbulos (um “dumbbell”) com sinal contrário em cada lado do núcleo; os três estão orientados mutuamente ortogonais. - Capacidade: cada orbital
suporta até elétrons, então as três orbitais juntas suportam até elétrons. - Representação simbólica simples: (−o−) em três orientações.
- Orbitais
- Quantidade: para cada nível com
(a partir de ) existem orbitais . Em termos de números quânticos: e . - Forma (esboço verbal): quatro deles têm forma de “trevo” ou “folha” (quatro lóbulos) orientados entre eixos (ex.:
) e um (o ) tem uma forma de dois lóbulos com um toro (anel) ao redor do núcleo. - Capacidade: cada orbital
suporta até elétrons, logo os cinco orbitais juntos suportam até elétrons. - Representação simbólica simples: (trevos e o com anel).
Aplicando ao arsênio específico (breve relação com ocupação):
- Na configuração do arsênio neutro
: -
: 1 orbital ocupado por elétrons (cheio). -
: 5 orbitais preenchidos com total elétrons (todos pareados). -
: 3 orbitais com elétrons (um em cada por Hund, portanto 3 elétrons desemparelhados).
-
Passo 6
Escolha e justificativa dos quatro números quânticos do elétron mais energético do arsênio neutro:
- “Elétron mais energético” corresponde ao elétron na camada/ orbital de maior energia ocupado no átomo neutro. Na configuração
os elétrons de maior energia são os que estão em (os três elétrons são degenerados — têm a mesma energia). - Como são três elétrons degenerados em
, qualquer um deles pode ser escolhido. Pela regra de Hund, esses três ocupam os três orbitais diferentes com spins paralelos (vou escolher um com spin “para cima”, o que é convencional).
Então, os quatro números quânticos para um desses elétrons (por exemplo, o elétron no orbital
com orientação
e spin up) são:
Explicação rápida:
-
porque está na quarta camada. -
porque é um orbital . -
pode ser ou ; escolhi (qualquer uma das três é válida — todas representam elétrons de mesma energia). -
porque, pela regra de Hund, os três elétrons terão spins paralelos; é comum escolher para descrevê-los como “spin up”.