(2,5) Escreva a configuração eletrônica dos seguintes átomos e decida quais são paramagnéticos ou diamagnéticos em seus estados fundamentais.
{ }_{33} \mathrm{As} ;{ }_{28} \mathrm{Ni} ;{ }_{6} \mathrm{C} ;{ }_{25} \mathrm{Mn} ;{ }_{20} \mathrm{Ca} ;{ }_{14} \mathrm{Si} ;{ }_{56} \mathrm{Ba}.

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para cada átomo fornecido (os números atômicos foram dados no enunciado):
  • Escrever a configuração eletrônica no estado fundamental.
  • Decidir se o átomo é paramagnético ou diamagnético no estado fundamental.
Os átomos (com seus números atômicos, que peguei do enunciado) são:
  • { }_{33}\mathrm{As} ( Z=33)
  • { }_{28}\mathrm{Ni} ( Z=28)
  • { }_{6}\mathrm{C} ( Z=6)
  • { }_{25}\mathrm{Mn} ( Z=25)
  • { }_{20}\mathrm{Ca} ( Z=20)
  • { }_{14}\mathrm{Si} ( Z=14)
  • { }_{56}\mathrm{Ba} ( Z=56)
Nada mais foi dado além dos símbolos e números atômicos; vamos usar as regras padrão de preenchimento eletrônico para átomos neutros no estado fundamental.

Passo 2

Conceitos e regras que vou usar (explicado de forma simples):
  • Princípio de Aufbau: os elétrons ocupam os orbitais de menor energia para maiores. Em outras palavras, preenchimento em ordem de energia crescente.
  • Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital pode conter no máximo dois elétrons, com spins opostos.
  • Regra de Hund: quando vários orbitais degenera­dos (mesma energia) estão disponíveis, os elétrons ocupam primeiro diferentes orbitais com spins paralelos (um em cada) antes de emparelhar. Isso maximiza o spin total e resulta no maior número de elétrons desemparelhados possível naquela subcamada.
Exemplo rápido e concreto: para a subcamada 2p (três orbitais p), se há dois elétrons, a distribuição será um elétron em cada um de dois orbitais diferentes com spins paralelos — isto dá dois elétrons desemparelhados.

Passo 3

Ordem típica de preenchimento (vou usar para decidir a configuração):
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < \dots
Observação prática: para átomos neutros no estado fundamental costuma-se escrever as configurações dos metais de transição como [ \text{gás nobre} ]\,4s^{2}3d^{n}á (o 4s preenche antes do 3d). Em íons ou em algumas propriedades energéticas o 3d pode ficar mais estável que 4s, mas para os elementos pedidos (que não são exceções famosas como Cr ou Cu) usamos a escrita padrão.

Passo 4

Como decidir paramagnético vs diamagnético:
  • Diamagnético: todos os elétrons emparelhados (nenhum elétron desemparelhado) → repelido por campo magnético fraco.
  • Paramagnético: existe ao menos um elétron desemparelhado → atraído por campo magnético fraco.
Então, para cada átomo: (i) escrevo a configuração eletrônica; (ii) identifico quantos elétrons estão desemparelhados (aplicando Hund nas subcamadas p e d); (iii) se houver ≥1 desemparelhado → paramagnético, se 0 → diamagnético.
Agora vamos aplicar isso elemento a elemento, preenchendo orbital por orbital e contando desemparelhados.

Passo 5

Preenchimento (usando ordem): 1s, 2s, 2p.
  • 1s recebe 2 elétrons: 1s^{2}.
  • 2s recebe 2 elétrons: 2s^{2}.
  • Restam 6 - 4 = 2 elétrons para 2p: 2p^{2}.
Escrevendo em notação de gás nobre:
\mathrm{C}:\\ \\ [\mathrm{He}]\,2s^{2}\,2p^{2}
Contagem de elétrons desemparelhados em 2p^{2}: há três orbitais 2p. Pelo princípio de Hund, os dois elétrons ocupam dois orbitais distintos com spins paralelos. Logo há 2 elétrons desemparelhados.
Conclusão: \mathrm{C} é paramagnético (tem 2 elétrons desemparelhados).

Passo 6

Preenchimento: até 3p.
  • Núcleo até 2p^{6} corresponde a [\mathrm{Ne}].
  • Em seguida 3s^{2} e restam 14-10=4 elétrons para 3p e 3s: na prática 3s^{2}3p^{2}.
Escrita:
\mathrm{Si}:\\ \\ [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}\,3p^{2}
Contagem em 3p^{2}: por Hund, os dois elétrons ocupam diferentes orbitais 3p, então 2 elétrons desemparelhados.
Conclusão: \mathrm{Si} é paramagnético (2 desemparelhados).

Passo 7

Preenchimento:
  • Até [\mathrm{Ar}] corresponde a 18 elétrons: 1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}.
  • Restam 20-18=2 elétrons, que ocupam 4s: 4s^{2}.
Escrita:
\mathrm{Ca}:\\ \\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}
Todos os elétrons emparelhados ( 4s^{2} pareado, subcamadas internas também emparelhadas).
Conclusão: \mathrm{Ca} é diamagnético (nenhum elétron desemparelhado).

Passo 8

Preenchimento (transição 3d):
  • Até [\mathrm{Ar}] são 18 elétrons.
  • Em seguida 4s recebe 2 elétrons: 4s^{2}.
  • Restam 25-20=5 elétrons para 3d: 3d^{5}.
Escrita:
\mathrm{Mn}:\\ \\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{5}
Contagem de elétrons desemparelhados no 3d^{5}: a subcamada 3d tem 5 orbitais. Com 5 elétrons, Hund diz que cada orbital recebe um elétron com spins paralelos — ou seja, todos os cinco são desemparelhados. O 4s^{2} está pareado.
Conclusão: \mathrm{Mn} é fortemente paramagnético (5 elétrons desemparelhados).

Passo 9

Preenchimento:
  • Até [\mathrm{Ar}]: 18 elétrons.
  • 4s^{2} → adiciona 2 (total 20).
  • Restam 28-20=8 elétrons para 3d: 3d^{8}.
Escrita:
\mathrm{Ni}:\\ \\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{8}
Contagem de desemparelhados em 3d^{8}: existem 5 orbitais d. Preenchendo com 8 elétrons: primeiro um elétron em cada um dos 5 orbitais (5 elétrons, todos desemparelhados), depois os 3 elétrons restantes emparelham três desses orbitais. Então o número de orbitais com elétrons não emparelhados será 5 - 3 = 2. Assim há 2 elétrons desemparelhados (o 4s^{2} está pareado).
Conclusão: \mathrm{Ni} é paramagnético (2 elétrons desemparelhados).

Passo 10

Preenchimento:
  • Até [\mathrm{Ar}]: 18 elétrons.
  • Depois 4s^{2} (agrega 2 → total 20).
  • Em seguida 3d^{10} (agrega 10 → total 30).
  • Restam 33-30=3 elétrons para 4p: 4p^{3}.
Escrita:
\mathrm{As}:\\ \\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{10}\,4p^{3}
Contagem em 4p^{3}: há três orbitais 4p e três elétrons — por Hund cada um ocupa um orbital distinto com spins paralelos. Logo 3 elétrons desemparelhados. As subcamadas 3d^{10} e 4s^{2} estão totalmente emparelhadas.
Conclusão: \mathrm{As} é paramagnético (3 elétrons desemparelhados).

Passo 11

Preenchimento:
  • Até [\mathrm{Xe}] correspondem os 54 elétrons: 1s^22s^22p^6\ldots 5p^6.
  • Restam 56-54=2 elétrons, que ocupam 6s: 6s^{2}.
Escrita:
\mathrm{Ba}:\\ \\ [\mathrm{Xe}]\,6s^{2}
Todos os elétrons emparelhados (o 6s^{2} é pareado e o núcleo [\mathrm{Xe}] também está emparelhado).
Conclusão: \mathrm{Ba} é diamagnético (nenhum elétron desemparelhado).

Passo 12

Resumo rápido para fixar (como contar desemparelhados na prova):
  • Em subcamadas p: há 3 orbitais — distribua os elétrons um em cada até 3 (desemparelhados), depois comece a emparelhar.
  • Em subcamadas d: há 5 orbitais — distribua um em cada até 5, depois emparelhe.
  • Sempre aplicar Hund nas subcamadas degeneradas.
  • Se houver ao menos 1 elétron desemparelhado → paramagnético; se nenhum → diamagnético.

Resposta

\mathrm{As}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{10}\,4p^{3} — paramagnético.
\mathrm{Ni}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{8} — paramagnético.
\mathrm{C}:\\ [\mathrm{He}]\,2s^{2}\,2p^{2} — paramagnético.
\mathrm{Mn}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{5} — paramagnético.
\mathrm{Ca}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2} — diamagnético.
\mathrm{Si}:\\ [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}\,3p^{2} — paramagnético.
\mathrm{Ba}:\\ [\mathrm{Xe}]\,6s^{2} — diamagnético.

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