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.
\begin{aligned} & 1 s^{2} \\ & 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} \\ & 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} \\ & 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10} 4 s^{2} 4 p^{6} \end{aligned}

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):
\begin{aligned} &\text{(A)}\quad 1s^{2} \\\ &\text{(B)}\quad 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6} \\\ &\text{\text{(C)}}\quad 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6} \\\ &\text{(D)}\quad 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6}\;3d^{10}\;4s^{2}\;4p^{6} \end{aligned}
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 Z. Então basta somar os expoentes da configuração para obter Z. Lembrete rápido das capacidades típicas (para não errar a soma): cada expoente dá quantos elétrons naquele orbital; shells comuns têm capacidades 1s\le2, 2s\le2, 2p\le6, 3s\le2, 3p\le6, 3d\le10, 4s\le2, 4p\le6.

Passo 3

Calcular o número de elétrons e identificar o elemento da configuração (A).
  • Soma dos elétrons em 1s^{2}: 2.
  • Logo Z=2. O elemento com Z=2 é hélio, símbolo \mathrm{He}.
  • Portanto (A) corresponde a \mathrm{He} ( Z=2).

Passo 4

Calcular o número de elétrons e identificar o elemento da configuração (B).
  • Soma: 1s^{2} 2 e 2s^{2}2p^{6} 2+6=8; total 2+8=10.
  • Logo Z=10. O elemento com Z=10 é néon, símbolo \mathrm{Ne}.
  • Portanto (B) corresponde a \mathrm{Ne} ( Z=10).

Passo 5

Calcular o número de elétrons e identificar o elemento da configuração (C).
  • Soma: já sabemos até 2p^{6} são 10 elétrons; 3s^{2}3p^{6} são 2+6=8; total 10+8=18.
  • Logo Z=18. O elemento com Z=18 é argônio, símbolo \mathrm{Ar}.
  • Portanto (C) corresponde a \mathrm{Ar} ( Z=18).

Passo 6

Calcular o número de elétrons e identificar o elemento da configuração (D).
  • Soma passo a passo: até 3p^{6} temos 18. Depois 3d^{10} adiciona 10 28. Em seguida 4s^{2} 30. Finalmente 4p^{6} 36.
  • Logo Z=36. O elemento com Z=36 é criptônio, símbolo \mathrm{Kr}.
  • Portanto (D) corresponde a \mathrm{Kr} ( Z=36).

Passo 7

Agora vamos explicar o que é carga nuclear efetiva Z_{\text{eff}} e como estimá-la de forma didática.
  • Ideia física: cada elétron “vê” o núcleo positivo com carga +Z, mas outros elétrons o blindam (shielding), então a carga efetiva sentida pelo elétron é menor que Z.
  • Uma estimativa simples e amplamente usada em química é dada por Z_{\text{eff}} = Z - S, onde S é a constante de blindagem (shielding) que representa quanto os outros elétrons diminuem a atração nuclear.
  • Slater propôs regras práticas para estimar S. Resumindo, para um elétron em um orbital ns ou np:
    • Cada outro elétron no mesmo grupo ns,np contribui com 0{,}35 para S (exceto no caso 1s onde cada outro 1s contribui 0{,}30).
    • Cada elétron em níveis com n-1 (uma camada menor) contribui com 0{,}85.
    • Cada elétron em níveis com n-2 ou menores contribui com 1{,}00.
  • Vou aplicar Slater para estimar Z_{\text{eff}} 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 Z_{\text{eff}} para \mathrm{He} (configuração 1s^{2}).
  • Aqui a camada de valência é 1s. Pela regra especial, o outro elétron 1s contribui 0{,}30 para S.
  • Logo S=0{,}30.
  • Z_{\text{eff}} = Z - S = 2 - 0{,}30 = 1{,}70.
  • Resultado: Z_{\text{eff}}(\mathrm{He}) \approx 1{,}70.

Passo 9

Cálculo de Z_{\text{eff}} para \mathrm{Ne} (configuração 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}), estimando para um elétron 2p de valência.
  • Elétrons na mesma camada n=2: além do elétron escolhido, há 7 outros elétrons em 2s,2p. Contribuição: 7\times 0{,}35=2{,}45.
  • Elétrons em n-1 (aqui 1s^{2}): 2\times 0{,}85=1{,}70.
  • Total S=2{,}45+1{,}70=4{,}15.
  • Z_{\text{eff}} = 10 - 4{,}15 = 5{,}85.
  • Resultado: Z_{\text{eff}}(\mathrm{Ne}) \approx 5{,}85.

Passo 10

Cálculo de Z_{\text{eff}} para \mathrm{Ar} (configuração até 3p^{6}), estimando para um elétron 3p de valência.
  • Elétrons na mesma camada n=3: além do elétron escolhido, há 7 outros em 3s,3p: 7\times 0{,}35=2{,}45.
  • Elétrons em n-1 (aqui n-1=2: 2s^{2}2p^{6} total 8 elétrons): 8\times 0{,}85=6{,}80.
  • Elétrons em n-2 ou menores (aqui 1s^{2}): 2\times 1{,}00=2{,}00.
  • Total S=2{,}45+6{,}80+2{,}00=11{,}25.
  • Z_{\text{eff}} = 18 - 11{,}25 = 6{,}75.
  • Resultado: Z_{\text{eff}}(\mathrm{Ar}) \approx 6{,}75.

Passo 11

Cálculo de Z_{\text{eff}} para \mathrm{Kr} (configuração até 4p^{6}), estimando para um elétron 4p de valência.
  • Elétrons na mesma camada n=4: além do elétron escolhido, há 7 outros em 4s,4p: 7\times 0{,}35=2{,}45.
  • Elétrons em n-1 (aqui n-1=3: inclui 3s^{2},3p^{6},3d^{10} total 18 elétrons): 18\times 0{,}85=15{,}30.
  • Elétrons em n-2 ou menores (aqui 2s^{2}2p^{6}1s^{2} total 10 elétrons): 10\times 1{,}00=10{,}00.
  • Total S=2{,}45+15{,}30+10{,}00=27{,}75.
  • Z_{\text{eff}} = 36 - 27{,}75 = 8{,}25.
  • Resultado: Z_{\text{eff}}(\mathrm{Kr}) \approx 8{,}25.

Passo 12

Comparação das cargas nucleares efetivas estimadas (valores aproximados, pela regra de Slater):
\begin{aligned} &Z_{\text{eff}}(\mathrm{He}) \approx 1{,}70,\\\ &Z_{\text{eff}}(\mathrm{Ne}) \approx 5{,}85,\\\ &Z_{\text{eff}}(\mathrm{Ar}) \approx 6{,}75,\\\ &Z_{\text{eff}}(\mathrm{Kr}) \approx 8{,}25. \end{aligned}
Desses, o maior Z_{\text{eff}} estimado é o de \mathrm{Kr} (criptônio). Intuitivamente isso ocorre porque, apesar de o número de camadas e blindagem também aumentar ao descer no grupo, o aumento do número atômico Z 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 ( \mathrm{He}, Z=2):
    • 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 ( \mathrm{Ne}, Z=10):
    • 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 ( \mathrm{Ar}, Z=18):
    • 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 ( \mathrm{Kr}, Z=36):
    • 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 \mathrm{KrF_{2}}. 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 \mathrm{^{85}Kr} 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 Z → 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 Z e da blindagem competem para determinar Z_{\text{eff}}.

Resposta

(A) 1s^{2} \to Hélio, \mathrm{He} ( Z=2)
(B) 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6} \to Néon, \mathrm{Ne} ( Z=10)
(C) 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6} \to Argônio, \mathrm{Ar} ( Z=18)
(D) 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6}\;3d^{10}\;4s^{2}\;4p^{6} \to Criptônio, \mathrm{Kr} ( Z=36)
Maior carga nuclear efetiva estimada: \mathrm{Kr} (Criptônio), Z_{\text{eff}}\approx 8{,}25.

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