Escreva as configurações eletrônicas de gás nobre dos seguintes elementos:
,
. Indique o conjunto de números quânticos do elétron mais energético.
Passo 1
O que o enunciado pede e quais dados temos:
- Pedido: para cada um dos elementos
deve-se: - Escrever a configuração eletrônica em notação de gás nobre (abreviada).
- Indicar o conjunto de números quânticos do elétron mais energético (isto é, o elétron que tem maior energia no átomo neutro no estado fundamental).
- Informação implícita: trabalhar com as configurações eletrônicas no estado fundamental (seguindo o princípio de Aufbau, regra de Hund e princípio de exclusão de Pauli), e fornecer para cada elétron mais energético os números quânticos
.
Passo 2
Noções essenciais (rápido e didático) que vou usar:
- Ordem de preenchimento (regra de Aufbau, usada como guia): os orbitais se preenchem, em primeira aproximação, na ordem de energia
Obs.: alguns metais de transição têm exceções (por exemplo
e
), mas os elementos pedidos aqui têm configurações padrões conhecidas que iremos usar.
- Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados (mesma energia, por ex. os três
ou os cinco ), colocar primeiro um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar. - Princípio de Pauli: não pode haver dois elétrons com o mesmo conjunto de quatro números quânticos dentro de um átomo.
Definição dos números quânticos:
-
(número quântico principal): indica a camada (1,2,3,…). Quanto maior , em geral maior energia e maior distância média ao núcleo. -
(número quântico azimutal): determina o tipo de orbital: é , é , é , etc. -
(número quântico magnético): valores inteiros entre e (ex.: para : ). -
(spin): ou .
Como escolher o “elétron mais energético” de forma prática:
- Em átomos neutros, geralmente o elétron com maior
é o mais energético. Se houver vários elétrons com o mesmo (por ex. dois elétrons ), qualquer um deles tem energia similar; escolho então um deles (normalmente com se estiver emparelhado). - Para elétrons em orbitais degenerados (p, d) sigo Hund para saber como estão distribuídos
e . Quando houver emparelhamento, escolho um dos elétrons emparelhados (por convenção, normalmente tomo quando possível).
Passo 3
Elemento
(fósforo,
).
- Preenchimento até
dá o núcleo de gás nobre . Depois preenchem-se e . - Configuração em gás nobre:
- Identificação do elétron mais energético:
- Os elétrons com maior
são os do nível ; entre eles, os elétrons são os mais energéticos (maior energia que ). - Em
há três elétrons ocupando os três orbitais com spins paralelos (regra de Hund). Assim os três têm mesmos e mesmo . - Posso escolher o elétron no orbital com
com spin .
- Os elétrons com maior
- Conjunto de números quânticos do elétron mais energético (escolhido):
Passo 4
Elemento
(níquel,
).
- Preenchimento padrão após
: preenche-se e depois . A configuração usual para níquel no estado fundamental é
(Nota pedagógica: embora em química computacional exista discussão sobre a energia relativa de
e
, a notação
é a forma padrão para Ni neutro.)
- Identificação do elétron mais energético:
- Os elétrons com maior
são os de , ou seja os do orbital . Há dois elétrons emparelhados. - Escolho um dos elétrons
(eles são equivalentes). Para um elétron : e . - Para um elétron emparelhado, por convenção tomo
.
- Os elétrons com maior
- Conjunto de números quânticos do elétron mais energético:
Passo 5
Elemento
(arsênio,
).
- Depois de
preenchem-se . A configuração padrão é
- Identificação do elétron mais energético:
- Os elétrons de maior
são os ( ). Em aplicamos Hund: três elétrons ocupam os três orbitais com spins paralelos. - Escolho o elétron com
e .
- Os elétrons de maior
- Conjunto de números quânticos do elétron mais energético:
Passo 6
Elemento
(bário,
).
- O gás nobre anterior é
. Bário é um alcalino-terroso, com configuração depois de :
- Identificação do elétron mais energético:
- Os elétrons de maior
são os do orbital ( ). Há dois elétrons emparelhados . - Escolho um deles: elétron
tem , , e tomo .
- Os elétrons de maior
- Conjunto de números quânticos do elétron mais energético:
Passo 7
Elemento
(ródio,
).
- Para ródio, a configuração aceita no estado fundamental é
(Comentário curto: muitos elementos de transição têm configurações com um elétron
parcialmente preenchido; para
a forma
é a configuração de referência.)
- Identificação do elétron mais energético:
- O elétron com maior
é o do orbital ( ) — há um elétron . - Para um elétron
: . Tomo .
- O elétron com maior
- Conjunto de números quânticos do elétron mais energético:
Passo 8
Resumo rápido das convenções que usei (para te acalmar): quando há elétrons emparelhados eu escolhi, por convenção, o elétron com
. Quando há orbitais degenerados ocupados segundo Hund (como
), escolhi um dos orbitais ocupados (por exemplo
) — todos têm energia equivalente, então qualquer escolha equivalente seria correta.