(a) Identifique os elementos da Tabela Periódica para cada configuração eletrônica descrita abaixo, e represente a distribuição dos elétrons utilizando o diagrama de caixa, indicando o número de elétrons desemparelhados para cada configuração. (b) Indique quantos elétrons de valência cada elemento possui.
(i) 1 \mathrm{~s}^{2} 2 \mathrm{~s}^{1}
(ii) 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6}
(iii) 1 \mathrm{~s}^{2} 2 \mathrm{~s}^{2} 2 \mathrm{p}^{1}
(iv) 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2}

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para cada configuração eletrônica dada:
  1. (a) Identificar o elemento da Tabela Periódica correspondente à configuração e representar a distribuição dos elétrons usando o diagrama de caixa, indicando o número de elétrons desemparelhados.
  2. (b) Indicar quantos elétrons de valência o elemento possui.
As configurações fornecidas são:
  • (i) 1s^{2}\;2s^{1}
  • (ii) 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}
  • (iii) 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{1}
  • (iv) 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}
Vou usar essas informações na resolução.

Passo 2

Antes de começar a desenhar diagramas e identificar os elementos, preciso explicar as regras que usamos (como se estivéssemos estudando antes da prova — objetivo: você entender e poder reproduzir):
  • Princípio de Aufbau (construção): os elétrons ocupam primeiro os orbitais de menor energia. A ordem mais comum inicial é 1s, depois 2s, depois 2p, depois 3s, etc. Neste exercício as configurações já vêm prontas, então só usamos esta regra para verificar consistência.
  • Princípio de Exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons, com spins contrários. Em diagramas de caixa representamos isso por duas setas opostas: \uparrow\downarrow.
  • Regra de Hund: em subníveis com múltiplos orbitais degenerados (por exemplo, o subnível 2p tem três orbitais: 2p_x,2p_y,2p_z), os elétrons ocupam primeiramente orbitais separados com spins paralelos (todos \uparrow) antes de se emparelhar. Isso minimiza repulsões e dá o estado de menor energia.
  • Elétrons desemparelhados: são os elétrons que estão sozinhos em um orbital (representados por uma única \uparrow). Para contar, basta observar orbitais com apenas uma seta.
  • Elétrons de valência: para elementos principais (grupos 1–18), os elétrons de valência são aqueles no maior número quântico principal n (a camada mais externa). Ex.: em 1s^{2}2s^{1} a camada mais externa é n=2, então valência = número de elétrons em 2s e 2p (aqui apenas 2s^{1} → 1 elétron de valência).
Agora que as regras estão claras, aplico passo a passo a cada configuração.

Passo 3

Método para identificar o elemento a partir da configuração:
  • Somo os expoentes dos orbitais para obter o número total de elétrons Z (número atômico) do átomo no estado neutro.
  • Uso Z para achar o elemento na Tabela Periódica.
Aplicarei isso a cada caso em seguida.

Passo 4

  1. Calcular número de elétrons:
    • 2 (do 1s^{2}) + 1 (do 2s^{1}) = 3.
    • Logo Z=3.
  2. Identificar elemento:
    • O elemento com Z=3 é o lítio, \mathrm{Li}.
  3. Diagrama de caixa (cada orbital mostrado com suas ocupações; uso setas para spins):
    • 1s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow} (completo)
    • 2s:\\ \boxed{\uparrow} (um elétron)
    • Não há elétrons em 2p neste caso.
    • Em notação compacta: 1s:\\ \uparrow\downarrow;\ 2s:\\ \uparrow.
    • (Na prova, desenhe um quadradinho para cada orbital e dentro coloque \uparrow ou \uparrow\downarrow.)
  4. Elétrons desemparelhados:
    • Há apenas um orbital com um único elétron: 2s com \uparrow. Portanto elétrons desemparelhados = 1.
  5. Elétrons de valência:
    • Camada externa é n=2. Aqui há 2s^{1} e zero em 2p → valência =1.

Passo 5

  1. Calcular número de elétrons:
    • 2+2+6=10. Logo Z=10.
  2. Identificar elemento:
    • Z=10 é o neônio, \mathrm{Ne}.
  3. Diagrama de caixa:
    • 1s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
    • 2s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
    • 2p:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}\\ \boxed{\uparrow\downarrow}\\ \boxed{\uparrow\downarrow} (os três orbitais 2p totalmente ocupados)
    • Em notação compacta: 1s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2p:\\ \uparrow\downarrow\\ \uparrow\downarrow\\ \uparrow\downarrow.
  4. Elétrons desemparelhados:
    • Todos os orbitais estão emparelhados → elétrons desemparelhados = 0.
  5. Elétrons de valência:
    • Camada externa é n=2. Soma em 2s e 2p: 2+6=8. Portanto valência =8.

Passo 6

  1. Calcular número de elétrons:
    • 2+2+1=5. Logo Z=5.
  2. Identificar elemento:
    • Z=5 é o boro, \mathrm{B}.
  3. Diagrama de caixa:
    • 1s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
    • 2s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
    • 2p:\\ \boxed{\uparrow}\\ \boxed{\\ }\\ \boxed{\\ } (um elétron em um dos três orbitais 2p; por Hund fica sozinho em um orbital)
    • Em notação compacta: 1s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2p:\\ \uparrow\\ \\ \\ \\ \.
  4. Elétrons desemparelhados:
    • Apenas o único elétron no 2p está desemparelhado → elétrons desemparelhados = 1.
  5. Elétrons de valência:
    • Camada externa n=2: 2s^{2}2p^{1} → valência =2+1=3.

Passo 7

  1. Calcular número de elétrons:
    • 2+2+6+2=12. Logo Z=12.
  2. Identificar elemento:
    • Z=12 é o magnésio, \mathrm{Mg}.
  3. Diagrama de caixa:
    • 1s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
    • 2s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
    • 2p:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}\\ \boxed{\uparrow\downarrow}\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
    • 3s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
    • Em notação compacta: 1s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2p:\\ \uparrow\downarrow\\ \uparrow\downarrow\\ \uparrow\downarrow;\\\ 3s:\\ \uparrow\downarrow.
  4. Elétrons desemparelhados:
    • Todos os orbitais mostrados estão emparelhados → elétrons desemparelhados = 0.
  5. Elétrons de valência:
    • Camada externa é n=3. Aqui há 3s^{2} e nenhum 3p ocupado → valência =2.

Resposta

(i) \mathrm{Li}; diagrama: 1s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2s:\\ \uparrow; elétrons desemparelhados =1; elétrons de valência =1
(ii) \mathrm{Ne}; diagrama: 1s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2p:\\ \uparrow\downarrow\\ \uparrow\downarrow\\ \uparrow\downarrow; elétrons desemparelhados =0; elétrons de valência =8
(iii) \mathrm{B}; diagrama: 1s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2p:\\ \uparrow\\ \\ \\ \\ \; elétrons desemparelhados =1; elétrons de valência =3
(iv) \mathrm{Mg}; diagrama: 1s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2s:\\ \uparrow\downarrow;\\\ 2p:\\ \uparrow\downarrow\\ \uparrow\downarrow\\ \uparrow\downarrow;\\\ 3s:\\ \uparrow\downarrow; elétrons desemparelhados =0; elétrons de valência =2

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