Identifique os elementos correspondente a cada uma das distribuições eletrônicas abaixo. Qual deles possui maior carga nuclear efetiva? Fale sobre cada um dos elementos encontrados, destacando estado físico, reatividade e aplicação.
Passo 1
O enunciado nos dá quatro distribuições eletrônicas (cada uma em notação de níveis e orbitais) e pede três coisas:
- Identificar o elemento correspondente a cada distribuição eletrônica (ou seja, dizer qual elemento neutro tem aquele número de elétrons).
- Dizer qual desses elementos possui maior carga nuclear efetiva.
- Falar sobre cada elemento encontrado, destacando estado físico (à temperatura ambiente), reatividade e aplicações.
As informações dadas (cada linha é uma distribuição eletrônica):
Vou usar esses dados para, passo a passo, somar elétrons, achar o número atômico e nome/símbolo do elemento; depois vou estimar a carga nuclear efetiva usando regras de blindagem (Slater) e comentar propriedades e aplicações.
Passo 2
Como transformar cada distribuição no número atômico: para um átomo neutro o número total de elétrons iguala o número atômico
. Então basta somar os expoentes da configuração para obter
. Lembrete rápido das capacidades típicas (para não errar a soma): cada expoente dá quantos elétrons naquele orbital; shells comuns têm capacidades
,
,
,
,
,
,
,
.
Passo 3
Calcular o número de elétrons e identificar o elemento da configuração (A).
- Soma dos elétrons em
: . - Logo
. O elemento com é hélio, símbolo . - Portanto (A) corresponde a
( ).
Passo 4
Calcular o número de elétrons e identificar o elemento da configuração (B).
- Soma:
dá e dá ; total . - Logo
. O elemento com é néon, símbolo . - Portanto (B) corresponde a
( ).
Passo 5
Calcular o número de elétrons e identificar o elemento da configuração (C).
- Soma: já sabemos até
são elétrons; são ; total . - Logo
. O elemento com é argônio, símbolo . - Portanto (C) corresponde a
( ).
Passo 6
Calcular o número de elétrons e identificar o elemento da configuração (D).
- Soma passo a passo: até
temos . Depois adiciona → . Em seguida → . Finalmente → . - Logo
. O elemento com é criptônio, símbolo . - Portanto (D) corresponde a
( ).
Passo 7
Agora vamos explicar o que é carga nuclear efetiva
e como estimá-la de forma didática.
- Ideia física: cada elétron “vê” o núcleo positivo com carga
, mas outros elétrons o blindam (shielding), então a carga efetiva sentida pelo elétron é menor que . - Uma estimativa simples e amplamente usada em química é dada por
, onde é a constante de blindagem (shielding) que representa quanto os outros elétrons diminuem a atração nuclear. - Slater propôs regras práticas para estimar
. Resumindo, para um elétron em um orbital ou : - Cada outro elétron no mesmo grupo
contribui com para (exceto no caso onde cada outro contribui ). - Cada elétron em níveis com
(uma camada menor) contribui com . - Cada elétron em níveis com
ou menores contribui com .
- Cada outro elétron no mesmo grupo
- Vou aplicar Slater para estimar
do elétron de valência (um elétron típico da camada externa) em cada gás nobre listado. Isso dá uma boa comparação relativa entre os quatro.
Passo 8
Cálculo de
para
(configuração
).
- Aqui a camada de valência é
. Pela regra especial, o outro elétron contribui para . - Logo
. -
- Resultado:
Passo 9
Cálculo de
para
(configuração
), estimando para um elétron
de valência.
- Elétrons na mesma camada
: além do elétron escolhido, há outros elétrons em . Contribuição: - Elétrons em
(aqui ): - Total
-
- Resultado:
Passo 10
Cálculo de
para
(configuração até
), estimando para um elétron
de valência.
- Elétrons na mesma camada
: além do elétron escolhido, há outros em : - Elétrons em
(aqui : total elétrons): - Elétrons em
ou menores (aqui ): - Total
-
- Resultado:
Passo 11
Cálculo de
para
(configuração até
), estimando para um elétron
de valência.
- Elétrons na mesma camada
: além do elétron escolhido, há outros em : - Elétrons em
(aqui : inclui total elétrons): - Elétrons em
ou menores (aqui total elétrons): - Total
-
- Resultado:
Passo 12
Comparação das cargas nucleares efetivas estimadas (valores aproximados, pela regra de Slater):
Desses, o maior
estimado é o de
(criptônio). Intuitivamente isso ocorre porque, apesar de o número de camadas e blindagem também aumentar ao descer no grupo, o aumento do número atômico
é suficientemente grande para que a carga efetiva sentida pelos elétrons de valência cresça (aumenta a atração nuclear líquida).
Passo 13
Agora vamos comentar cada elemento de forma didática, direta e útil para a prova: estado físico à temperatura ambiente, reatividade e aplicações principais.
-
Hélio (
, ): - Estado físico: gás monoatômico incolor e inodoro à temperatura ambiente (não reage entre átomos).
- Reatividade: extremamente inerte; não forma compostos sob condições normais. É o gás nobre mais inerte.
- Aplicações: criogenia (resfriamento de ímãs de ressonância magnética), enchimento de balões e dirigíveis (substituto do hidrogênio por ser não inflamável), mistura respiratória em mergulho técnico, atmosfera protetora em processos industriais sensíveis.
-
Néon (
, ): - Estado físico: gás monoatômico incolor à temperatura ambiente.
- Reatividade: praticamente inerte; forma compostos apenas em condições extremas (muito raros).
- Aplicações: iluminação (letreiros de néon), tubos indicadores e sinais de alta tensão, algumas lâmpadas de descarga e detectores de vazamento; em física, usado em espectroscopia e como gás de prova em experimentos.
-
Argônio (
, ): - Estado físico: gás monoatômico incolor à temperatura ambiente.
- Reatividade: quimicamente inerte em condições comuns; pode, em condições específicas (alta energia), participar de reações muito raras.
- Aplicações: gás inerte para soldagem (proteção atmosférica para evitar oxidação), enchimento de lâmpadas incandescentes e fluorescentes para aumentar a vida útil, proteção em processos metalúrgicos e eletrônicos, atmosfera inerte para armazenamento de materiais sensíveis.
-
Criptônio (
, ): - Estado físico: gás monoatômico incolor e mais denso que o ar à temperatura ambiente.
- Reatividade: também muito inerte; entretanto, sob condições especialíssimas (alta energia, agentes fluorantes) formam-se compostos raros como
. Em geral, é muito pouco reativo. - Aplicações: lâmpadas de flash fotográfico, lasers de kryptônio (usados em pesquisa e aplicações médicas), preenchimento de janelas isolantes para melhorar eficiência térmica (substituto do ar), e o isótopo
tem usos em medição e detecção industrial.
Passo 14
Resumo final e palavra de incentivo: todas as configurações dadas correspondem a gases nobres (camadas preenchidas), por isso os elementos são inertes e monoatômicos à temperatura ambiente. Use sempre o procedimento: somar elétrons → achar
→ identificar elemento. Para comparar carga nuclear efetiva, a regra de Slater é uma ferramenta prática para a prova: dá uma boa noção de como o aumento de
e da blindagem competem para determinar
.
Resposta
(A)
Hélio,
(
)
(B)
Néon,
(
)
(C)
Argônio,
(
)
(D)
Criptônio,
(
)
Maior carga nuclear efetiva estimada: (Criptônio),
.
(B)
(C)
(D)
Maior carga nuclear efetiva estimada: