6- Para os elementos metálicos da primeira série do Grupo “d” da tabela periódica, faça a configuração eletrônica, e determine a propriedade magnética (paramagnético, diamagnético), e calcule o momento magnético para cada um dos elementos.
Passo 1
O enunciado pede, para os elementos metálicos da primeira série do grupo “d” (a chamada série 3d):
- fazer a configuração eletrônica de cada átomo neutro;
- determinar se cada átomo é paramagnético ou diamagnético;
- calcular o momento magnético de cada átomo (valor spin-only, em unidades do magnetón de Bohr).
Os elementos que compõem essa série (do primeiro ao último) são:
,
,
,
,
,
,
,
,
e
.
Vou seguir a regra usual: apresentar a configuração eletrônica do átomo neutro em estado fundamental, contar os elétrons desemparelhados, usar a definição de paramagnetismo/diamagnetismo (presença/ausência de elétrons desemparelhados) e aplicar a fórmula spin-only para o momento magnético:
onde
é o momento magnético (em unidades de
, o magnetón de Bohr) e
é o número de elétrons desemparelhados.
Passo 2
Pequena revisão das regras que vou usar (bem mastigadas, pra você aplicar na prova sem medo):
-
Ordem de preenchimento (Aufbau) básica para átomos neutros: os orbitais são preenchidos seguindo níveis de energia; para os metais de transição costuma aparecer a ocupação dos orbitais
e . Na prática escrevemos as configurações na forma para estes elementos. -
Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos.
-
Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados (os cinco orbitais
), colocamos primeiro um elétron com o mesmo spin em cada orbital disponível antes de começar a emparelhar. Isso maximiza o número de elétrons desemparelhados (na ausência de efeitos maiores de energia). -
Exceções conhecidas para átomos neutros da série 3d:
e têm configurações estáveis com meia-subcamada (meio preenchida) e subcamada completamente preenchida, respectivamente. Assim:
A razão: ganho de estabilidade por subcamada
meio preenchida ou totalmente preenchida.
- Definição prática de paramagnetismo/diamagnetismo:
- Se existir pelo menos um elétron desemparelhado
, o átomo é paramagnético. - Se todos os elétrons estão emparelhados
, o átomo é diamagnético.
- Fórmula para o momento magnético spin-only (a mais usada para átomos neutros simples):
onde
é número de elétrons desemparelhados. Essa fórmula assume que o momento de spin domina e que o momento orbital está “quenchado” (situação típica em estados atômicos livres/condições gerais de muitos compostos/átomos neutros). Na prova, quase sempre é essa a fórmula pedida.
Passo 3
Configuração eletrônica (átomo neutro):
.
Contagem de elétrons desemparelhados: o par em está emparelhado (
elétrons com spins opostos), e o
tem um elétron sozinho →
.
Propriedade magnética: paramagnético (porque
).
Momento magnético spin-only:
Contagem de elétrons desemparelhados: o par em
Propriedade magnética:
Momento magnético spin-only:
Passo 4
Configuração:
.
Contagem: dá dois elétrons em orbitais d separados (pela regra de Hund) →
.
Propriedade: paramagnético.
Momento magnético:
Contagem:
Propriedade: paramagnético.
Momento magnético:
Passo 5
Configuração:
.
Contagem: → três elétrons desemparelhados →
.
Propriedade: paramagnético.
Momento magnético:
Contagem:
Propriedade: paramagnético.
Momento magnético:
Passo 6
Configuração (exceção):
.
Explicação curta: a configuração é energeticamente favorecida porque a subcamada
meio preenchida é especialmente estável.
Contagem: são cinco elétrons desemparelhados e o
adiciona mais um desemparelhado →
.
Propriedade: paramagnético (muito fortemente, devido a muitos elétrons desemparelhados).
Momento magnético:
Explicação curta: a configuração
Contagem:
Propriedade: paramagnético (muito fortemente, devido a muitos elétrons desemparelhados).
Momento magnético:
Passo 7
Configuração:
.
Contagem: dá cinco elétrons desemparelhados;
pareados →
.
Propriedade: paramagnético (forte).
Momento magnético:
Contagem:
Propriedade: paramagnético (forte).
Momento magnético:
Passo 8
Configuração:
.
Contagem: para aplicando Hund: cinco orbitais recebem um elétron cada (5) e o sexto elétron emparelha um destes, resultando em
elétrons desemparelhados →
.
Propriedade: paramagnético.
Momento magnético:
Contagem: para
Propriedade: paramagnético.
Momento magnético:
Passo 9
Configuração:
.
Contagem: → ao distribuir 7 elétrons nos 5 orbitais: 5 ocupam com um elétron, e os 2 restantes emparelham dois desses, sobrando
elétrons desemparelhados →
.
Propriedade: paramagnético.
Momento magnético:
Contagem:
Propriedade: paramagnético.
Momento magnético:
Passo 10
Configuração:
.
Contagem: → 5 orbitais com 8 elétrons resulta em 2 orbitais emparelhados além dos 5 singles, logo
. (Outra maneira:
costuma ter 2 elétrons desemparelhados em estado livre.)
Propriedade: paramagnético (fraco).
Momento magnético:
Contagem:
Propriedade: paramagnético (fraco).
Momento magnético:
Passo 11
Configuração (exceção):
.
Explicação curta: importante estabilidade da subcamada completamente preenchida leva a esta configuração em vez de
.
Contagem: está totalmente emparelhado e o
é um elétron desemparelhado →
.
Propriedade: paramagnético (fraco, apenas um elétron desemparelhado).
Momento magnético:
Explicação curta: importante estabilidade da subcamada
Contagem:
Propriedade: paramagnético (fraco, apenas um elétron desemparelhado).
Momento magnético:
Passo 12
Configuração:
.
Contagem: totalmente emparelhado,
emparelhado →
.
Propriedade: diamagnético (todos elétrons emparelhados).
Momento magnético:
Contagem:
Propriedade: diamagnético (todos elétrons emparelhados).
Momento magnético: