Dois átomos no estado fundamental possuem a seguinte configuração eletrônica para a camada de valência: X 3 s^2 e Y 4 s^2 4 p^5. 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 X possui afinidade ao elétron positiva, enquanto que Y apresenta valores negativos.
e) A primeira energia de ionização de X é 736 Kj / mol. O próximo elemento da tabela periódica tem distribuição eletrônica 3 s^2 3 p^1, para esse elemento a primeira energia de ionização será maior ou menor que o elemento X ? 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.

Passo 1

Beleza, o exercício tá pedindo várias coisas sobre dois átomos X e Y, cujas camadas de valência são:
  • X: 3s^2
  • Y: 4s^2,4p^5
Conteúdo envolvido:
  1. Números quânticos e configuração eletrônica
  2. Diferenças entre orbitais (número quântico, forma, orientação…)
  3. Tendências periódicas (raio atômico, carga nuclear efetiva)
  4. Afinidade eletrônica e energia de ionização
  5. Classificação metal x não-metal e tipo de ligação
  6. Propriedades físicas básicas
Para resolver, a gente vai precisar lembrar:
  • O que são n, l, ml, ms
  • 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
  1. Para X ( 3s^2), o segundo elétron do subnível 3s tem:
  • n=3 (nível principal)
  • l=0 (subnível s)
  • ml=0 (único orbital s)
  • ms=-tfrac12 (o primeiro foi +tfrac12, agora vem com spin oposto)
Logo, para X:
n=3, l=0, ml=0, ms=-tfrac12
  1. Para Y ( 4s^2,4p^5), o quinto elétron no 4p ocupa um orbital já semi-preenchido. Seguindo Hund e Pauli, o quinto fica no orbital com ml=0 e spin ½. Então:
n=4, l=1, ml=0, ms=-tfrac12

Passo 3

b) Três diferenças entre o orbital 3s (X) e o orbital 4p (Y):
  1. Número quântico principal: n=3 versus n=4 (o 4p está “mais longe” do núcleo).
  2. Formato: orbital s é esférico; orbital p tem forma de haltere/dumbbell.
  3. Orientação e degenerescência: existem 3 orbitais p ( ml=-1,0,+1), mas só 1 orbital s ( ml=0).

Passo 4

c) Número atômico, grupo, período e raio atômico mais alto
  • X: configuração termina em 3s^2;Rightarrow;Z=12 (Magnésio). Grupo 2, período 3.
  • Y: termina em 4p^5;Rightarrow;Z=35 (Bromo). Grupo 17, período 4.
Comparando raios: Bromo (período 4) tem camada de valência mais afastada que Magnésio (período 3), então Raio Br>Raio Mg.
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 3s^2 está completa; adicionar mais elétrons entra em 3p, que é menos estável.
  • Y (Br) tem afinidade negativa → libera energia ao ganhar elétron. O bromo está em 4p^5, faltando só 1 pra completar o octeto, então é favorável ganhar esse elétron.

Passo 6

e) Próximo elemento de X tem 3s^2,3p^1 (Al).
Comparando as primeiras energias de ionização:
  • Mg: I1=736,kJ/mol
  • Al: retira-se um elétron do orbital 3p (que é menos ligado que 3s), então I1(Al) é menor que I1(Mg).

Passo 7

f) Classificação e tipo de ligação; 3 propriedades físicas
  1. X (Mg) é metal; Y (Br) é não-metal.
  2. Entre metal e ametal, a ligação mais favorável é a iônica (Mg²⁺ e Br⁻).
  3. 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 ( Br2).

Resposta

a) X: (n,l,ml,ms)=(3,0,0,-tfrac12); Y: (4,1,0,-tfrac12).
b) Diferem em n (3 vs 4), forma (esfera vs haltere) e número de orientações ( ml).
c) X: Z=12, grupo 2, período 3; Y: Z=35, grupo 17, período 4. Raio Y>Raio X 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 ( 3s^2,3p^1) é menor que o de Mg (736 kJ/mol), pois o elétron de 3p 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.

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