Qual é a exceção à regra de Pauling no caso do cromo (
)?
Passo 1
O enunciado pergunta qual é a exceção à regra de Pauling para o elemento cromo, cujo número atômico é
.
Informações dadas (extraídas do enunciado):
Informações dadas (extraídas do enunciado):
- O elemento em questão é o cromo,
. - Precisa-se identificar a “exceção” à regra de Pauling (ou seja, onde a configuração eletrônica real difere da prevista pela regra).
Passo 2
O que é a “regra de Pauling” aqui (explicação didática):
- A regra que se chama comumente de “regra de Pauling” para preenchimento de orbitais é, na prática, a regra de Madelung (ou regra
). Ela diz: preenchem-se primeiro os orbitais com menor valor de ; se dois orbitais têm o mesmo , preenche-se primeiro o de menor . - Aqui
é o número quântico principal (1, 2, 3, …), e é o número quântico azimutal (para temos , para , para , etc.). - Além disso há outras “regras” que usamos ao preencher: o princípio de exclusão de Pauli (cada orbital acomoda no máximo 2 elétrons com spins opostos) e a regra de Hund (em orbitais degenerados, colocar primeiro elétrons com spins paralelos para maximizar o spin total).
Passo 3
Aplicando a regra de Pauling (ou
) ao cromo para ver a configuração esperada:
- A configuração do gás nobre precedente é
(que corresponde à sequência ). - Após
vêm os orbitais e . Pela regra : para temos ; para temos . Como tem menor , ele é preenchido primeiro. - Assim, a aplicação direta daria a configuração esperada:
.
Passo 4
Qual é a configuração real observada para o cromo (resultado experimental / padrão de química):
- Experimentalmente e nas tabelas, o cromo apresenta a configuração eletrônica
. - Ou seja, em vez de
(previsão), o cromo tem um elétron promovido do para completar meio preenchimento do subnível , ficando com e .
Passo 5
Por que acontece essa exceção? (explicação física e qualitativa, passo a passo e sem pular etapas)
- Os orbitais
e têm energias muito próximas; a ordem energética relativa pode mudar conforme o átomo e a presença de elétrons. A regra é uma boa aproximação mas não é uma lei exata. - Quando se passa de
para , há um custo em energia para promover um elétron do para o . Esse custo, porém, é compensado por uma estabilização maior do sistema ao obter um subnível meio preenchido. - A estabilização vem principalmente da chamada energia de troca: ao ter cinco elétrons no conjunto de cinco orbitais
com spins paralelos (ao máximo permitido pela regra de Hund), aumenta-se o número de pares de elétrons com spins paralelos que podem trocar posição sem violar Pauli, o que reduz a energia por efeitos quânticos de troca. Simplificando: configuração com subnível meio preenchido ( ) tem simetria e menor energia devido a menor repulsão efetiva entre elétrons e maior ganho de energia de troca. - Portanto, a energia total do átomo é menor em
do que em , tornando a primeira a configuração observada.
Passo 6
Observações úteis para a prova (como reconhecer e lembrar exceções)
- Exceções comuns às previsões pelo método simples são elementos com configurações que alcançam subníveis
meio preenchidos ( ) ou totalmente preenchidos ( ). Outro exemplo famoso é o cobre ( ) que tem em vez de . - Dica prática: sempre escreva a configuração prevista pela regra
e depois verifique se mover um elétron entre e permitiria um ou ; se sim, essa é uma pista forte de que a configuração real pode ser a com promoção do elétron.
Passo 7
Resumo final do raciocínio (para fixar):
- Regra: previsão por
→ . - Observação experimental:
. - Motivo: estabilização extra do subnível
meio preenchido devido à energia de troca e à redução efetiva da energia total compensando o custo da promoção do elétron.
Resposta
A exceção é que o cromo tem configuração eletrônica
em vez da prevista
; isso ocorre porque a configuração com o subnível
meio preenchido (
) é energeticamente mais estável devido à energia de troca e menor energia total do átomo.