Determine se cada uma das seguintes configurações eletrônicas de quadrículas representam o estado fundamental (estado de menor energia) ou um estado excitado (estado mais energia) do respectivo átomo. Justifique suas respostas.
a) C
a) C
Passo 1
O enunciado pede: determinar se a configuração eletrônica mostrada na figura (átomo com seis elétrons) representa o estado fundamental ou um estado excitado, justificando a resposta.
Informações fornecidas (retirei estes dados da imagem):
Informações fornecidas (retirei estes dados da imagem):
- Caixa rotulada
: contém dois elétrons representados com setas em sentidos opostos (um para cima e outro para baixo). - Caixa rotulada
: contém dois elétrons representados com as duas setas apontando no mesmo sentido (ambas para cima). - Conjunto rotulado
(três orbitais p): contém dois orbitais ocupados por um elétron cada, ambos com setas apontando para cima, e o terceiro orbital está vazio.
Total de elétrons na figura:(ou seja, corresponde ao átomo de carbono).
Passo 2
Relembrando as regras fundamentais que vamos usar (explicadas de forma didática):
- Princípio de Aufbau (preenchimento): os elétrons ocupam primeiro os orbitais de menor energia. Para os níveis considerados aqui, a ordem é
(mais baixa) → → . Isso significa que antes de colocar elétrons em devemos preencher . - Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital pode conter no máximo dois elétrons, e se tiver dois eles devem ter spins opostos. Em símbolos: num mesmo orbital não se pode ter dois elétrons com o mesmo spin.
- O “spin” costuma ser representado por setas: ↑ para spin para cima e ↓ para spin para baixo. Um par no mesmo orbital sempre será ↑↓.
- Regra de Hund (para orbitais degenerados, como os três orbitais
): ao colocar elétrons em orbitais de mesma energia, distribui-se um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de parear elétrons em qualquer um deles. Ou seja, maximize o número de elétrons desemparelhados com o mesmo spin.
Exemplo concreto rápido: para carbono (6 elétrons) a configuração esperada seguindo essas regras é
com os dois elétrons
ocupando orbitais diferentes e com spins paralelos (isto é exatamente a aplicação de Hund).
Passo 3
Verificando cada bloco da figura em relação às regras:
-
: há um par com setas opostas (↑↓). Isso está certo: orbital preenchido com dois elétrons de spins opostos — compatível com Pauli e Aufbau. -
: há dois orbitais ocupados por um elétron cada, ambos com spin paralelo (↑ em cada um). Isso obedece à regra de Hund e é exatamente o que se espera para o estado fundamental do carbono para a parte .
Até aqui,e estão coerentes com o estado fundamental esperado.
Passo 4
Analisando
: a figura mostra dois elétrons no mesmo orbital
com as setas apontando no mesmo sentido (↑↑). Isto contraria diretamente o princípio de exclusão de Pauli: não é permitido ter dois elétrons no mesmo orbital com o mesmo spin. Em palavras simples: quando um orbital tem dois elétrons, eles precisam ter spins opostos (↑↓). Portanto a ocupação mostrada em
é inválida fisicamente.
Passo 5
Consequência prática: como a configuração viola Pauli, ela não representa um estado físico permitido do átomo — não é o estado fundamental e também não é um estado excitado físico válido. Um estado “excitado” válido teria elétrons em orbitais de energia mais alta que o normal, mas sempre respeitando Pauli e Hund. Por exemplo, um excitado possível (físico) do carbono seria
onde um elétron do
foi promovido para
; nesse caso todos os pares em orbitais ocupados respeitam spins opostos quando necessário e Hund é respeitado entre os
. A figura dada, porém, não segue a regra de Pauli em
, por isso é um desenho de configuração impossível.
Passo 6
Resumo pedagógico rápido para a prova (como reconhecer na hora):
- Verifique primeiro se o número total de elétrons bate com o átomo.
- Confirme Aufbau: orbitais mais baixos devem estar ocupados antes dos mais altos.
- Verifique Pauli: cada orbital com dois elétrons deve ter spins opostos (↑↓). Se alguém desenhar ↑↑ num mesmo orbital, é erro fatal.
- Verifique Hund para orbitais degenerados (p, d): os elétrons individuais devem ocupar orbitais separados com spins paralelos antes de formar pares.
Usando essa checklist você identifica rapidamente se uma configuração é estado fundamental, um excitado válido, ou simplesmente impossível.
Resposta
A configuração é impossível (viola o princípio de exclusão de Pauli em
); portanto não representa o estado fundamental nem um estado excitado físico válido.