- Os elementos de transição apresentam características particulares devido ao preenchimento incompleto de orbitais do tipo d. Essas características resultam em propriedades como múltiplos estados de oxidação, formação de complexos e comportamento magnético. A análise da distribuição eletrônica desses elementos exige atenção especial, pois pequenas variações energéticas entre orbitais podem influenciar sua configuração eletrônica.
Considere o elemento ferro (
), amplamente utilizado em aplicações industriais e biológicas.
a) Determine a distribuição eletrônica completa no estado fundamental.
b) Identifique o subnível mais energético e o número de elétrons desemparelhados.
c) Forneça um conjunto possível de números quânticos para o último subnível d.
06. A formação das ligações químicas está diretamente relacionada à busca dos átomos por maior estabilidade eletrônica. Em geral, os átomos tendem a adquirir configurações semelhantes às dos gases nobres, o que pode ocorrer por meio da perda, ganho ou compartilhamento de elétrons. Esse comportamento está associado a propriedades como energia de ionização, afinidade eletrônica e eletronegatividade, que variam periodicamente na Tabela Periódica.
a) Determine a distribuição eletrônica completa no estado fundamental.
b) Identifique o subnível mais energético e o número de elétrons desemparelhados.
c) Forneça um conjunto possível de números quânticos para o último subnível d.
06. A formação das ligações químicas está diretamente relacionada à busca dos átomos por maior estabilidade eletrônica. Em geral, os átomos tendem a adquirir configurações semelhantes às dos gases nobres, o que pode ocorrer por meio da perda, ganho ou compartilhamento de elétrons. Esse comportamento está associado a propriedades como energia de ionização, afinidade eletrônica e eletronegatividade, que variam periodicamente na Tabela Periódica.
Passo 1
Vamos entender exatamente o que o enunciado pede e quais dados temos:
- Dado: elemento ferro com
(ou seja, tem elétrons no átomo neutro). - Perguntas:
a) Determinar a distribuição eletrônica completa no estado fundamental.
b) Identificar o subnível mais energético (entre os ocupados) e o número de elétrons desemparelhados.
c) Fornecer um conjunto possível de números quânticos para o último elétron do subnível.
Passo 2
Conceitos e regras que vamos usar (explicação didática):
- Cada elétron em um átomo é descrito por quatro números quânticos:
(principal), (azimutal), (magnético) e (spin). Vou explicar cada um quando pedir o item (c). - Capacidade dos subníveis:
- Princípio de Aufbau (preenchimento): orbitais são preenchidos na ordem crescente de energia aproximada:
Observação importante: para muitos elementos de transição o orbital é preenchido antes do , embora, depois do preenchimento e em processos de ionização, o frequentemente fique energeticamente mais alto. Essa é uma sutileza que vou mencionar no Passo 4. - Princípio de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos.
- Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados (mesma energia, como os cinco orbitais
), coloca-se primeiro um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar.
Passo 3
Montagem da distribuição eletrônica do ferro (
) passo a passo:
- Preencher em ordem até obter
elétrons. - Começando:
Até aqui temos
elétrons, que é exatamente a configuração do gás nobre argônio. Por isso costuma-se usar a notação abreviada
para esses 18 elétrons.
3. Continuando após :
3. Continuando após
Restam
elétrons a distribuir.
4. Próximo subnível: . Colocamos os 6 elétrons restantes em
:
4. Próximo subnível:
- Assim a configuração completa (expandida) é
e a forma abreviada é
Comentário rápido e amigo: às vezes as pessoas se confundem com a ordem
vs
; para o preenchimento seguimos o esquema onde
entra antes de
, por isso aparece
na configuração do ferro neutro.
Passo 4
Qual é o subnível mais energético ocupado e quantos elétrons desemparelhados?
- Sobre “mais energético”: embora o
seja preenchido antes do , quando ambos estão ocupados em átomos de transição o subnível geralmente tem energia efetiva ligeiramente maior (ou seja, é o subnível de maior energia entre os ocupados). Em linguagem simples: o elétron do “fica mais exterior” ao preencher, mas o fica mais energético quando consideramos o átomo com elétrons já ocupando esses níveis. Portanto, o subnível mais energético (entre os ocupados) que vamos apontar é . - Número de elétrons desemparelhados:
- O subnível
tem cinco orbitais possíveis, com . - Para
, pela regra de Hund coloca-se primeiro um elétron em cada um dos cinco orbitais (com spins paralelos), totalizando elétrons desemparelhados, e o 6.º elétron entra emparelhando um desses orbitais, resultando em elétrons desemparelhados no total no conjunto . - Os elétrons do
estão emparelhados, então não contribuem para desemparelhados. - Conclusão: número de elétrons desemparelhados em Fe (átomo neutro) é
.
- O subnível
Passo 5
Explicando os números quânticos e dando um conjunto possível para o “último elétron do subnível
”:
- Significado dos números quânticos:
-
(número quântico principal): indica o nível de energia principal e a distância média do elétron ao núcleo. Para os elétrons do ferro aqui, . -
(número quântico azimutal): determina o tipo de orbital: para , para , para . Então para um elétron temos . -
(número quântico magnético): pode assumir valores inteiros de até . Para , . Ele identifica qual das cinco “orientações” do orbital . -
(spin): pode ser , indicando spin “para cima” ou “para baixo” .
-
- Uma escolha possível para o último elétron (por exemplo o 6.º de
, que emparelha um orbital previamente ocupado) é: Explicação curta: escolhi como exemplo de um dos cinco orbitais ; o indica que esse elétron está com spin oposto ao que já estava naquele orbital (ou seja, é o segundo elétron emparelhando aquele orbital). Outros conjuntos com em e também seriam válidos, contanto que respeitem o princípio de Pauli (não repetir um conjunto já ocupado).
Passo 6
Resumo curto e motivacional: ficou muita coisa, eu sei — mas a chave é decorar a sequência de preenchimento, lembrar Hund/Pauli, e usar a notação
para não escrever uma lista gigante. Fez sentido? Você consegue praticar esse procedimento para outros elementos também — e eu te incentivo, porque com alguns exemplos você pega o jeito rapidinho!
Resposta
a)
(abreviado:
)
b) Subnível mais energético ocupado: . Número de elétrons desemparelhados:
.
c) Um conjunto possível: .
b) Subnível mais energético ocupado:
c) Um conjunto possível: