Um elemento químico de número atômico 26 . Na distribuição eletrônica desse * átomo no estado fundamental, qual o subnível mais energético e o subnível mais externo, respectivamente?
\begin{aligned} & 4 s^{2} \text { e } 4 s^{2} \\\ & 3 d^{6} \text { e } 4 s^{2} \\\ & 3 p^{6} \text { e } 4 s^{2} \\\ & 3 d^{6} \text { e } 3 p^{6} \\\ & 4 s^{2} \text { e } 3 d^{6} \end{aligned}

Passo 1

O enunciado dá o número atômico Z=26 (ou seja, o átomo tem 26 elétrons) e pede: qual é o subnível mais energético e qual é o subnível mais externo na distribuição eletrônica desse átomo no estado fundamental. As alternativas oferecidas são (repetindo em ordem):
\begin{aligned} & 4s^{2}\\ \text{e}\\\ 4s^{2} \\\ & 3d^{6}\\ \text{e}\\\ 4s^{2} \\\ & 3p^{6}\\ \text{e}\\\ 4s^{2} \\\ & 3d^{6}\\ \text{e}\\\ 3p^{6} \\\ & 4s^{2}\\ \text{e}\\\ 3d^{6} \end{aligned}
Vou usar apenas as informações do enunciado: Z=26 e as alternativas acima. A resposta final deve indicar primeiro o subnível mais energético e depois o subnível mais externo, respectivamente.

Passo 2

Vamos montar a configuração eletrônica do átomo com Z=26 passo a passo (relembrando as regras básicas, no bom estilo amigo que explica devagar).
Regras rápidas e úteis:
  • Cada elétron ocupa um orbital obedecendo ao princípio de Aufbau (ordem aproximada 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,\dots).
  • Cada orbital comporta no máximo 2 elétrons (Princípio de Pauli).
  • Quando houver orbitais degenerados (mesma energia), preenche-se seguindo a regra de Hund (máximo de spins paralelos antes de emparelhar).
Agora a contagem para Z=26:
  • Camadas preenchidas até o gás nobre anterior ( [\text{Ar}]) correspondem a 1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}. Isso soma 2+2+6+2+6=18 elétrons. Em TeX:
[\text{Ar}] = 1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}\quad(\text{total }18\\ \text{elétrons})é
  • Restam 26-18=8 elétrons a colocar nas camadas seguintes. Pela ordem de preenchimento, o próximo é 4s, que recebe 2 elétrons:
4s^{2}\quad(\text{agora }18+2=20\\ \text{elétrons})é
  • Faltam 6 elétrons, que vão para o subnível 3d:
3d^{6}\quad(\text{total }20+6=26\\ \text{elétrons})é
Portanto a configuração eletrônica no estado fundamental é
[\text{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{6}.

Passo 3

Entender o que significa “subnível mais externo”.
Definição prática e simples: o subnível mais externo é o que tem o maior número quântico principal n entre os subníveis ocupados — ou seja, o que está mais “longe” do núcleo em média. Entre os subníveis ocupados aqui temos n=3 para 3d e 3p, e n=4 para 4s. Logo o subnível mais externo é
4s^{2},
porque n=4 é maior que n=3. Isso responde a parte “mais externo”.

Passo 4

Entender o que significa “subnível mais energético” (a parte que costuma gerar confusão, então vou ser bem cuidadoso).
  • “Mais energético” vamos interpretar como: qual subnível ocupado tem os elétrons com energia maior (isto é, menos fortemente ligados, energia efetiva maior) no átomo no seu estado fundamental.
  • Atenção: em átomos multieletrônicos a ordem de energia dos orbitais não é absoluta e depende de interações elétron-elétron; por isso há discussões e aparente contradição entre a ordem de preenchimento (onde 4s é preenchido antes de 3d) e o comportamento químico (por exemplo, 4s é geralmente removido primeiro ao formar cátions). Mesmo assim, para fins de identificação em provas e para o átomo neutro de ferro ( Z=26), o subnível 3d é geralmente considerado energeticamente mais alto (ou seja, contém os elétrons de maior energia) quando ambos 3d e 4s estão ocupados no estado fundamental. Uma forma prática e aceita de ver isso é: após o preenchimento, a energia relativa entre 3d e 4s muda por causa da repulsão entre elétrons e penetrância; assim, o 3d aparece como o subnível mais energético entre os ocupados no Fe neutro em muitas descrições eletroquímicas e em enunciados de exercícios.
Aplicando ao nosso caso: entre os subníveis ocupados 4s^{2} e 3d^{6}, o subnível considerado “mais energético” (no sentido de ter elétrons de energia efetivamente maior entre os ocupados) é
3d^{6}.
(Se ficar com dúvida: é normal — esse tópico é um daqueles que os livros tratam com nuances. Para as questões de prova do tipo múltipla escolha, a combinação aceita é exatamente a que estou montando: 3d^{6} como mais energético e 4s^{2} como mais externo.)

Passo 5

Resumindo a escolha entre as alternativas: a configuração do Fe é [\text{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{6}, o subnível mais externo é 4s^{2} e, conforme explicado, o subnível mais energético (entre os ocupados) é 3d^{6}. Isso corresponde à alternativa que diz:
3d^{6}\\ \text{e}\\\ 4s^{2}.

Resposta

3d^{6}\\ \text{e}\\\ 4s^{2}

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