a) Qual a configuração eletrônica do He ,
,
e
?
B) Explique a formação do NaCl na proporção de
e do
na proporção de 1:2, tomando como base suas configurações eletrônicas.
B) Explique a formação do NaCl na proporção de
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
- (a) Determinar a configuração eletrônica dos seguintes átomos e íons:
, , , , , , , , e . - (b) Explicar por que o cloreto de sódio forma-se na proporção
(ou seja, ) e por que o cloreto de cálcio forma-se na proporção (ou seja, ), tomando como base as configurações eletrônicas desses elementos.
Informações relevantes que vou usar (contadas do enunciado e da tabela periódica):
- Número de elétrons neutros = número atômico
de cada elemento: , , , , , , . - Íons têm número de elétrons igual a
menos (ou mais) a carga: ex. tem elétrons, tem , tem , tem .
Passo 2
Relembrando as regras para montar configurações eletrônicas (resumão didático):
- Princípio de Aufbau (ordem de preenchimento): os orbitais são preenchidos na ordem de energia aproximada
Isto significa que, para os elementos até o cálcio, normalmente conseguimos preencher até
sem mexer em
.
- Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons, com spins opostos. Escrevemos isso como expoente:
significa dois elétrons no orbital . - Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados (ex.: os três orbitais
), primeiro coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de começar a emparelhar. Ex.: para teremos um elétron em cada um dos três orbitais . - Notação: escreverei as configurações no formato padrão, por exemplo
. Também usarei a forma abreviada com gás nobre quando for conveniente, por exemplo para .
Como usar isso na prova (dica prática rápida):
- Conte o número de elétrons igual a
. - Preencha os orbitais seguindo a ordem do Aufbau e aplicando Hund/Pauli.
- Para íons, remova elétrons (se cátions) ou adicione (se ânions). Ao remover elétrons de metais que têm elétrons em
, os elétrons de saem antes dos de (ou seja, remove-se do orbital com maior primeiro).
Passo 3
Montando as configurações dos átomos neutros (vou explicar a contagem em cada caso).
-
( ): dois elétrons ocupam o .
Configuração:. -
( ): preenche-se (dois elétrons) e sobra elétron que vai para .
Configuração:. -
( ): preenche-se (quatro elétrons) e restam elétrons para os orbitais . Como comporta até , a configuração é
.
(Aplicando Hund: nos três orbitaiscolocamos um elétron em cada até ; o quarto elétron emparelha um dos orbitais.) -
( ): preencher até (que totalizam elétrons) e o elétron vai para .
Configuração:. (Forma abreviada: .) -
( ): preencher até e em colocar elétrons (pois comporta ). Assim:
. (Abreviado: .) -
( ): preenche-se até (que é , total elétrons) e sobram elétrons que ocupam . Assim:
. (Abreviado: .)
Passo 4
Como obter as configurações dos íons a partir das neutras (regra prática): para cátions de metais, os elétrons são retirados primeiro do nível com maior número quântico principal
(por exemplo
antes de
). Para ânions, simplesmente acrescenta-se elétrons no próximo orbital disponível seguindo Hund/Aufbau.
Aplicando a regra aos íons pedidos:
-
: tem ; tem elétrons. Os elétrons correspondem à configuração do neônio:
. (Abreviado: .) -
: tem ; tem elétrons. Removendo os dois elétrons do (que são os de maior na configuração neutra ), sobra a configuração do argônio:
. (Abreviado: .) -
: tem ; tem elétrons. Adicionando um elétron ao neutro ( → ) obtemos a configuração do argônio:
. (Abreviado: .) -
: tem ; tem elétrons. Removendo três elétrons da configuração neutra (remove-se e ), o íon fica com a configuração do neônio:
. (Abreviado: .)
Passo 5
Explicação da formação de compostos iônicos com base nas configurações eletrônicas (a parte conceitual que responde (b), passo a passo e com exemplos):
-
Ideia central — Regra do octeto/noble-gas: átomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar elétrons de modo a atingir uma configuração eletrônica estável semelhante à de um gás nobre (configuração com octeto no nível mais externo:
quando aplicável). Para metais é energeticamente favorável perder elétrons (formando cátions); para não-metais é favorável ganhar elétrons (formando ânions). -
Caso
e :
-
(neutro) tem configuração . Perder um elétron do dá com configuração , estável.
Reação de ionização (esquemática): -
(neutro) tem configuração . Ganhar um elétron completa o e forma com configuração : - Como
tem carga e tem carga , a atração eletrostática entre eles dá um sólido iônico neutro em proporção : Ou seja, para neutralizar a carga de um precisa-se de exatamente um ; daí a estequiometria .
- Caso
e :
-
(neutro) tem configuração . Perder dois elétrons (os dois do ) forma com configuração : Assim tem carga . - Cada
aceita um elétron formando (carga ) como no item anterior. - Para neutralizar a carga
de um são necessários dois íons (cada um com ), resultando na razão : Essa é a explicação da estequiometria: equilíbrio de cargas (soma das cargas do cátion mais das cargas dos ânions = zero).
- Observação energética (curta e prática): a tendência de um átomo perder ou ganhar elétrons depende da energia necessária para remover elétrons (energia de ionização) e da energia liberada ao ganhar elétrons (afinidade eletrônica). Metais alcalinos como
têm baixa energia de ionização para o elétron , não custando muito formar . O cloro tem afinidade eletrônica alta o suficiente para formar . Essas características, juntas com a busca pelo octeto, explicam porque a transferência de elétrons e a formação de compostos iônicos ocorrem.
Passo 6
Resumo prático para a prova (como responder rapidamente):
- Escreva as configurações pedidas seguindo os passos que usei.
- Para justificar fórmulas iônicas, escreva as configurações dos íons envolvidos e mostre a neutralização das cargas (ex.:
; ).
Resposta
NaCl: proporção
porque
forma
(carga
) e
forma
(carga
); uma unidade de cada neutraliza a carga.
CaCl : proporção
porque
forma
(carga
) e cada
forma
(carga
); são necessários dois
para neutralizar um
.
CaCl