Dois átomos no estado fundamental possuem a seguinte configuração eletrônica para a camada de valência:
e
. Pergunta-se:
a) Qual o conjunto dos quatro números quânticos permitidos referentes ao último elétron pertencente a cada um destes átomos? Considere que o primeiro elétron possui spin positivo e é representado como uma seta para cima.
b) Aponte pelo menos três diferenças entre os orbitais que contém os elétrons mais externos nos átomos XeY .
c) Informe o número atômico, a posição na tabela periódica com relação ao grupo (família) e período ao qual pertencem. Identifique aquele que possui maior raio atômico e justifique a sua escolha através do conceito de carga nuclear efetiva.
d) Explique porque
possui afinidade ao elétron positiva, enquanto que
apresenta valores negativos.
e) A primeira energia de ionização de
é
. O próximo elemento da tabela periódica tem distribuição eletrônica
, para esse elemento a primeira energia de ionização será maior ou menor que o elemento
? Justifique a sua resposta.
f) Classifique Xe Y como metal ou não-metal, em seguida, informe qual tipo de ligação química é mais favorável energeticamente. Apresente pelo menos três propriedades físicas destes elementos.
a) Qual o conjunto dos quatro números quânticos permitidos referentes ao último elétron pertencente a cada um destes átomos? Considere que o primeiro elétron possui spin positivo e é representado como uma seta para cima.
b) Aponte pelo menos três diferenças entre os orbitais que contém os elétrons mais externos nos átomos XeY .
c) Informe o número atômico, a posição na tabela periódica com relação ao grupo (família) e período ao qual pertencem. Identifique aquele que possui maior raio atômico e justifique a sua escolha através do conceito de carga nuclear efetiva.
d) Explique porque
e) A primeira energia de ionização de
f) Classifique Xe Y como metal ou não-metal, em seguida, informe qual tipo de ligação química é mais favorável energeticamente. Apresente pelo menos três propriedades físicas destes elementos.
Passo 1
Beleza, o exercício tá pedindo várias coisas sobre dois átomos X e Y, cujas camadas de valência são:
- X:
- Y:
Conteúdo envolvido:
- Números quânticos e configuração eletrônica
- Diferenças entre orbitais (número quântico, forma, orientação…)
- Tendências periódicas (raio atômico, carga nuclear efetiva)
- Afinidade eletrônica e energia de ionização
- Classificação metal x não-metal e tipo de ligação
- Propriedades físicas básicas
Para resolver, a gente vai precisar lembrar:
- O que são
, , , - Como preenchemos orbitais (Princípio de Aufbau, Hund, Pauli)
- Como variam raio atômico, energia de ionização e afinidade ao longo da Tabela
- Conceito de carga nuclear efetiva (Z_eff)
- Regras sobre ligação iônica x covalente e propriedades físicas de metais e ametais
Passo 2
a) Números quânticos do último elétron de cada átomo
- Para X (
), o segundo elétron do subnível tem:
-
(nível principal) -
(subnível ) -
(único orbital ) -
(o primeiro foi , agora vem com spin oposto)
Logo, para X:
- Para Y (
), o quinto elétron no ocupa um orbital já semi-preenchido. Seguindo Hund e Pauli, o quinto fica no orbital com e spin . Então:
Passo 3
b) Três diferenças entre o orbital
(X) e o orbital
(Y):
- Número quântico principal:
versus (o está “mais longe” do núcleo). - Formato: orbital
é esférico; orbital tem forma de haltere/dumbbell. - Orientação e degenerescência: existem 3 orbitais
( ), mas só 1 orbital ( ).
Passo 4
c) Número atômico, grupo, período e raio atômico mais alto
- X: configuração termina em
Z=12 (Magnésio). Grupo 2, período 3. - Y: termina em
Z=35 (Bromo). Grupo 17, período 4.
Comparando raios: Bromo (período 4) tem camada de valência mais afastada que Magnésio (período 3), então Raio
Raio
.
Justificativa via carga nuclear efetiva: embora Br tenha mais prótons, ele também tem mais camadas interpostas que “blindam” o núcleo, de modo que o elétron mais externo está mais longe.
Justificativa via carga nuclear efetiva: embora Br tenha mais prótons, ele também tem mais camadas interpostas que “blindam” o núcleo, de modo que o elétron mais externo está mais longe.
Passo 5
d) Afinidade eletrônica:
- X (Mg) tem afinidade positiva → precisa de energia pra ganhar um elétron. Por quê? A camada
está completa; adicionar mais elétrons entra em , que é menos estável. - Y (Br) tem afinidade negativa → libera energia ao ganhar elétron. O bromo está em
, faltando só 1 pra completar o octeto, então é favorável ganhar esse elétron.
Passo 6
e) Próximo elemento de X tem
(Al).
Comparando as primeiras energias de ionização:
Comparando as primeiras energias de ionização:
- Mg:
kJ/mol - Al: retira-se um elétron do orbital
(que é menos ligado que ), então é menor que .
Passo 7
f) Classificação e tipo de ligação; 3 propriedades físicas
- X (Mg) é metal; Y (Br) é não-metal.
- Entre metal e ametal, a ligação mais favorável é a iônica (Mg²⁺ e Br⁻).
- Propriedades físicas:
- Mg: metal sólido, brilho prateado, bom condutor elétrico e térmico, ponto de fusão elevado.
- Br: líquido em temperatura ambiente (cor vermelho-acastanhada), mau condutor, alta pressão de vapor, diatômico (
).
Resposta
a) X:
; Y:
.
b) Diferem em (3 vs 4), forma (esfera vs haltere) e número de orientações (
).
c) X: Z=12, grupo 2, período 3; Y: Z=35, grupo 17, período 4. Raio Raio
por maior número de camadas.
d) X tem afinidade positiva (sublivela cheio); Y tem afinidade negativa (faltando 1 elétron p/ octeto).
e) O IE₁ de Al ( ) é menor que o de Mg (736 kJ/mol), pois o elétron de
é mais fácil de remover.
f) Mg = metal; Br = não-metal; ligação iônica. Propriedades:
Mg: sólido, condutor, alto ponto de fusão.
Br: líquido avermelhado, diatômico, mau condutor.
b) Diferem em
c) X: Z=12, grupo 2, período 3; Y: Z=35, grupo 17, período 4. Raio
d) X tem afinidade positiva (sublivela cheio); Y tem afinidade negativa (faltando 1 elétron p/ octeto).
e) O IE₁ de Al (
f) Mg = metal; Br = não-metal; ligação iônica. Propriedades:
Mg: sólido, condutor, alto ponto de fusão.
Br: líquido avermelhado, diatômico, mau condutor.