Dê a configuração eletrônica dos elementos de n^circ atômico 16 ao 34. Por que algumas configurações são exceções?

Passo 1

O enunciado pede as configurações eletrônicas dos elementos com número atômico Z de 16 a 34 e quer saber por que há exceções a partir da regra de Aufbau. Vamos usar como base a regra de Madelung (princípio de Aufbau), o princípio de exclusão de Pauli e a regra de Hund.

Passo 2

A regra de Madelung diz que os orbitais devem ser preenchidos em ordem crescente de n+ell (onde n é o número quântico principal e ell o azimutal), e se dois orbitais tiverem o mesmo n+ell, aquele de menor n é preenchido primeiro. Para níveis n+ell iguais, vem antes 4s ( n+ell=4+0=4) que 3d ( n+ell=3+2=5), e depois 4p, etc.

Passo 3

Primeiro completamos até o gás nobre Ne e depois seguimos:
Z=16 (enxofre, S):
[Ne],3s^2,3p^4
Z=17 (cloro, Cl):
[Ne],3s^2,3p^5
Z=18 (argônio, Ar):
[Ne],3s^2,3p^6
Z=19 (potássio, K):
[Ar],4s^1
Z=20 (cálcio, Ca):
[Ar],4s^2

Passo 4

Agora iniciamos o enxerto nos orbitais 3d:
Z=21 (escândio, Sc):
[Ar],4s^2,3d^1
Z=22 (titânio, Ti):
[Ar],4s^2,3d^2
Z=23 (vanádio, V):
[Ar],4s^2,3d^3

Passo 5

Nos elementos Z=24 e Z=29 ocorrem exceções por estabilidade extra dos subníveis meio preenchidos ( d^5) e totalmente preenchidos ( d^10):
Z=24 (cromo, Cr): em vez de [Ar],4s^2,3d^4 temos
[Ar],4s^1,3d^5
Z=29 (cobre, Cu): em vez de [Ar],4s^2,3d^9 temos
[Ar],4s^1,3d^10

Passo 6

Entre esses dois há os demais de transição de Z=25 a Z=28 e o zinco:
Z=25 (manganês, Mn):
[Ar],4s^2,3d^5
Z=26 (ferro, Fe):
[Ar],4s^2,3d^6
Z=27 (cobalto, Co):
[Ar],4s^2,3d^7
Z=28 (níquel, Ni):
[Ar],4s^2,3d^8
Z=30 (zinco, Zn):
[Ar],4s^2,3d^10

Passo 7

Por fim completamos o período com os orbitais 4p:
Z=31 (gálio, Ga):
[Ar],4s^2,3d^10,4p^1
Z=32 (germânio, Ge):
[Ar],4s^2,3d^10,4p^2
Z=33 (arsênio, As):
[Ar],4s^2,3d^10,4p^3
Z=34 (selênio, Se):
[Ar],4s^2,3d^10,4p^4

Passo 8

As exceções em Cr e Cu ocorrem porque meio preenchimento ( d^5) ou preenchimento completo ( d^10) de um subnível d proporcionam estabilidade extra devido à máxima simetria do spin e à minimização da repulsão eletrônica. Assim essas configurações ganham um elétron do orbital 4s.

Resposta

Z =16 (S): [Ne],3s^2,3p^4
Z =17 (Cl): [Ne],3s^2,3p^5
Z =18 (Ar): [Ne],3s^2,3p^6
Z =19 (K): [Ar],4s^1
Z =20 (Ca): [Ar],4s^2
Z =21 (Sc): [Ar],4s^2,3d^1
Z =22 (Ti): [Ar],4s^2,3d^2
Z =23 (V): [Ar],4s^2,3d^3
Z =24 (Cr): [Ar],4s^1,3d^5 (exceção)
Z =25 (Mn): [Ar],4s^2,3d^5
Z =26 (Fe): [Ar],4s^2,3d^6
Z =27 (Co): [Ar],4s^2,3d^7
Z =28 (Ni): [Ar],4s^2,3d^8
Z =29 (Cu): [Ar],4s^1,3d^10 (exceção)
Z =30 (Zn): [Ar],4s^2,3d^10
Z =31 (Ga): [Ar],4s^2,3d^10,4p^1
Z =32 (Ge): [Ar],4s^2,3d^10,4p^2
Z =33 (As): [Ar],4s^2,3d^10,4p^3
Z =34 (Se): [Ar],4s^2,3d^10,4p^4
As exceções em Cr e Cu devem-se à extra estabilidade dos subníveis d^5 (meio preenchido) e d^10 (totalmente preenchido).

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