Escreva a configuração eletrônica dos átomos dos elementos abaixo (átomos neutros isolados) e prediga a carga mais provável, em cada caso, se íons forem formados:
P
P
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para o elemento
(fósforo), considerando o átomo neutro isolado:
- Escrever a configuração eletrônica do átomo neutro.
- Predizer a carga mais provável que o átomo formaria se virasse íon.
Informações relevantes que vamos usar:
- Número atômico do fósforo:
. - Como o átomo é neutro, o número de elétrons é igual a
, ou seja, elétrons.
Passo 2
Breve revisão das regras que vou usar (explicadas de forma calma e prática):
- Princípio de Aufbau (regra de ocupação): os elétrons ocupam primeiro os orbitais de menor energia. Uma forma prática de lembrar a ordem é:
Isso vem da regra de Madelung (ordem de ) mas não precisa decorar tabela complicada: a sequência acima é suficiente para átomos leves. - Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo 2 elétrons com spins opostos.
- Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados (por exemplo, os três orbitais
), coloca-se primeiro um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar. - Definição prática de elétrons de valência: são os elétrons no nível de maior número quântico principal
(para fósforo, , ou seja, os elétrons e ) — esses é que participam das reações e formam íons.
Passo 3
Vamos preencher os
elétrons seguindo a ordem de energia e contando passo a passo (sempre mostrando quantos elétrons acumulados):
- Primeiro, preencher o orbital
: cada orbital s leva até 2 elétrons. - Depois
: - Depois
(o subnível tem capacidade 6): - Em seguida
: - Finalmente
. Faltam elétrons, que entrarão nos orbitais . Aplicando Hund, cada um ocupa um orbital separado com spins paralelos:
Portanto a configuração completa fica:
Passo 4
É comum escrever a configuração usando o gás nobre anterior como atalho. O gás nobre com
elétrons é o neônio,
, cuja configuração é
. Assim a configuração do fósforo pode ser abreviada:
Passo 5
Quantos elétrons de valência tem o fósforo? Olhando para a camada de maior
(a terceira camada), temos:
Esses
elétrons determinam como o átomo tende a ganhar/perder elétrons para formar íons.
Passo 6
Previsão da carga iônica mais provável (explicação didática e intuitiva):
- Para alcançar a configuração de gás nobre mais próxima (octeto estável), o fósforo pode:
- Ganhar
elétrons para completar e obter a configuração de argônio . Isso forma o ânion . - Alternativamente poderia perder elétrons (por exemplo perder 3 elétrons dos orbitais
e daria , ou perder 5 daria ), mas perder vários elétrons é energeticamente custoso porque requer muitas energias de ionização sucessivas.
- Ganhar
- Na prática química real:
- Em sais iônicos com metais mais eletropositivos, o fósforo aparece frequentemente como o íon
(chamado fosfeto), por exemplo em . - Estados de oxidação positivos como
e são comuns em compostos covalentes (por exemplo e ), mas essas não são formas simples de íon isolado estável em solução aquosa; são estados de oxidação em compostos covalentes.
- Em sais iônicos com metais mais eletropositivos, o fósforo aparece frequentemente como o íon
- Conclusão física-qualitativa: para formação de íon simples e estável em compostos iônicos, a carga mais provável é
, pois completar o octeto (ganhar 3 elétrons) é energeticamente favorecido frente à perda de vários elétrons.