Escreva as configurações para os estados fundamentais do oxigênio, cálcio e zinco.

Passo 1

O enunciado pede: escrever as configurações eletrônicas no estado fundamental dos elementos oxigênio, cálcio e zinco.
Informações úteis que vamos usar (valores obtidos da tabela periódica):
  • O oxigênio: número atômico \,Z=8.
  • O cálcio: número atômico \,Z=20.
  • O zinco: número atômico \,Z=30.

Passo 2

Regras básicas que vou usar (explicadas de forma simples, para você poder aplicar na prova):
  • Capacidade dos orbitais: o orbital s comporta no máximo 2 elétrons, p comporta 6, d comporta 10 e f comporta 14. Essas capacidades vêm de 2(2\ell+1), onde \ell é o número quântico azimutal ( \ell=0 para s, \ell=1 para p, etc.).
  • Princípio da exclusão de Pauli: cada orbital só aceita até dois elétrons com spins opostos.
  • Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados (por exemplo, os três orbitais 2p), primeiro coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar. Isso minimiza repulsões e é a configuração de menor energia.
  • Princípio de Aufbau (ordem de preenchimento): os elétrons ocupam primeiro orbitais de menor energia. Uma forma prática de lembrar a ordem é a regra de (n+\ell): orbitais com menor n+\ell enchem primeiro; se dois orbitais têm igual n+\ell, o de menor n enche primeiro. Na prática, a ordem útil até os primeiros níveis é:
    \,1s \rightarrow 2s \rightarrow 2p \rightarrow 3s \rightarrow 3p \rightarrow 4s \rightarrow 3d \rightarrow 4p \rightarrow \dots
    (observe que 4s costuma preencher antes de 3d.)

Passo 3

Como escrever configurações: duas formas comuns
  • Forma longa, listando todos os orbitais preenchidos, por exemplo \,1s^{2}2s^{2}2p^{4}.
  • Forma abreviada (nobre-gás): substituir os níveis preenchidos até um gás nobre anterior por seu símbolo entre colchetes, por exemplo [\mathrm{He}] para indicar \,1s^{2}, ou [\mathrm{Ar}] para indicar \,1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}. Essa forma é muito prática em provas.

Passo 4

Oxigênio ( \,Z=8). Montagem passo a passo:
  • Temos 8 elétrons para distribuir.
  • Preenchemos na ordem: \,1s recebe 2 elétrons \Rightarrow 1s^{2}. Restam 6 elétrons.
  • Em seguida \,2s recebe 2 elétrons \Rightarrow 2s^{2}. Restam 4 elétrons.
  • Depois vem \,2p, que pode comportar até 6, mas temos só 4 para colocar. Pela regra de Hund, colocamos primeiro um elétron em cada um dos três orbitais 2p (três elétrons), e o quarto elétron emparelha em um desses orbitais. Isso resulta em dois elétrons desemparelhados (ou seja, dois spins individuais) no conjunto 2p.
  • Portanto a configuração inteira (forma longa) é \,1s^{2}2s^{2}2p^{4}. Em forma abreviada, como [\mathrm{He}] = 1s^{2}, fica [\mathrm{He}]\,2s^{2}2p^{4}.
  • Observação útil para prova: a presença de dois elétrons desemparelhados no 2p explica que o oxigênio é paramagnético.

Passo 5

Cálcio ( \,Z=20). Montagem passo a passo:
  • Temos 20 elétrons. Preenchendo na ordem conhecida:
    \,1s^{2} (2 elétrons) → restam 18.
    \,2s^{2} (2 elétrons) → restam 16.
    \,2p^{6} (6 elétrons) → restam 10.
    \,3s^{2} (2 elétrons) → restam 8.
    \,3p^{6} (6 elétrons) → restam 2.
    Agora os 2 restantes vão para \,4s antes de \,3d, então \,4s^{2}.
  • Assim a configuração longa é \,1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}.
  • Em forma abreviada, lembrando que [\mathrm{Ar}] = 1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}, fica [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}.
  • Observação prática: cálcio no estado fundamental tem todos os elétrons emparelhados (sendo diamagnético).

Passo 6

Zinco ( \,Z=30). Montagem passo a passo:
  • Temos 30 elétrons. Seguindo a ordem:
    \,1s^{2} → restam 28.
    \,2s^{2} → restam 26.
    \,2p^{6} → restam 20.
    \,3s^{2} → restam 18.
    \,3p^{6} → restam 12.
    \,4s^{2} → restam 10. (Até aqui isso é exatamente [\mathrm{Ar}]\,4s^{2} com 18 elétrons usados para formar [\mathrm{Ar}] e mais 2 no 4s.)
    Os 10 elétrons finais preenchem o conjunto \,3d, que comporta exatamente 10. Assim surge \,3d^{10}.
  • A configuração longa é \,1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}.
  • Em forma abreviada, com [\mathrm{Ar}] representando os 18 elétrons inicias, fica [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}3d^{10}. Alguns autores escrevem [\mathrm{Ar}]\,3d^{10}4s^{2}; ambas representam o mesmo arranjo (os orbitais estão preenchidos).
  • Observação: em zinco o subnível 3d está cheio ( 3d^{10}) e todos os elétrons estão emparelhados — é diamagnético.

Passo 7

Dicas rápidas para a prova (resumão amigo):
  • Conte sempre o número total de elétrons igual a Z.
  • Use a ordem de preenchimento dada ou a regra de (n+\ell) se ficar em dúvida.
  • Para a forma abreviada, memorize os gases nobres: [\mathrm{He}], [\mathrm{Ne}], [\mathrm{Ar}], [\mathrm{Kr}], \dots para substituir blocos completos rapidamente.
  • Lembre das exceções mais comuns (por exemplo \mathrm{Cr} e \mathrm{Cu}), mas para O, Ca e Zn não há exceção surpreendente: seguem a ordem padrão.

Resposta

\mathrm{O}:\;1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{4}\; (abreviado: [\mathrm{He}]\,2s^{2}2p^{4})
\mathrm{Ca}:\;1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6}\;4s^{2}\; (abreviado: [\mathrm{Ar}]\,4s^{2})
\mathrm{Zn}:\;1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6}\;4s^{2}\;3d^{10}\; (abreviado: [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}3d^{10})

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