Julgue as afirmativas abaixo como Verdadeiro (V) ou Falso (F). Corrija as afirmativas falsas.
O número quântico magnético
pode assumir valores de
, incluindo o zero.
Dois elétrons no mesmo orbital podem ter o mesmo spin, desde que estejam em subníveis diferentes.
O orbital 3d tem energia mais alta que o orbital 4s em átomos polieletrônicos no estado fundamental.
( ) O número máximo de elétrons no nível
é 18.
( ) Um nó é uma região onde a probabilidade de encontrar o elétron é máxima.
( ) A Regra de Hund estabelece que elétrons em orbitais degenerados devem ter spins paralelos antes de emparelharem.
( ) A configuração eletrônica do íon
é [Ar] 3d
.
O número quântico magnético
Dois elétrons no mesmo orbital podem ter o mesmo spin, desde que estejam em subníveis diferentes.
O orbital 3d tem energia mais alta que o orbital 4s em átomos polieletrônicos no estado fundamental.
( ) O número máximo de elétrons no nível
( ) Um nó é uma região onde a probabilidade de encontrar o elétron é máxima.
( ) A Regra de Hund estabelece que elétrons em orbitais degenerados devem ter spins paralelos antes de emparelharem.
( ) A configuração eletrônica do íon
Passo 1
Você pediu para julgar as afirmativas abaixo como Verdadeiro (V) ou Falso (F) e corrigir as falsas. Aqui estão as sete afirmativas, numeradas para facilitar nosso trabalho:
- O número quântico magnético
pode assumir valores de a , incluindo o zero. - Dois elétrons no mesmo orbital podem ter o mesmo spin, desde que estejam em subníveis diferentes.
- O orbital 3d tem energia mais alta que o orbital 4s em átomos polieletrônicos no estado fundamental.
- O número máximo de elétrons no nível
é 18. - Um nó é uma região onde a probabilidade de encontrar o elétron é máxima.
- A Regra de Hund estabelece que elétrons em orbitais degenerados devem ter spins paralelos antes de emparelharem.
- A configuração eletrônica do íon
é .
No próximo passos vou explicar cada conceito necessário (passo a passo e bem didático) e ao final darei as respostas finais com as correções das afirmativas falsas.
Passo 2
Vamos analisar a afirmativa 1 com calma e aprender o conceito por trás dela.
- O número quântico magnético
(letra L minúscula) assume valores inteiros de até , mas aqui o que interessa é . - Definição do número quântico magnético:
determina a orientação espacial do orbital dentro de um subnível . - Valores permitidos de
: são os inteiros que vão de até com passo . Ou seja:
- Exemplo concreto: se
(subnível ), então .
Conclusão do raciocínio: a afirmativa 1 está corretamente escrita (apesar do pequeno erro de digitação em “a” no enunciado original). A afirmação é verdadeira porque inclui o zero e toda a faixa de
a
.
Passo 3
Agora a afirmativa 2 — aqui precisamos lembrar do Princípio de Exclusão de Pauli e do que significa “mesmo orbital” e “subníveis diferentes”.
- O Princípio de Exclusão de Pauli diz: em um átomo, não podem existir dois elétrons com os quatro números quânticos iguais. Os quatro números quânticos são
. - O que é “mesmo orbital”? Dois elétrons estão no mesmo orbital quando têm os mesmos três primeiros números quânticos
. Nesse caso só resta variar (spin). - O spin
assume só dois valores: ou . - Logo, dois elétrons no mesmo orbital têm obrigatoriamente spins opostos (um
e outro ). Eles não podem ter o mesmo spin se de fato ocupam o mesmo orbital. - A parte “desde que estejam em subníveis diferentes” é confusa: se estão no mesmo orbital, por definição não podem estar em subníveis diferentes. Talvez o enunciado tentou dizer “em subníveis diferentes eles podem ter o mesmo spin”, o que é verdade — eletróns em orbitais diferentes (por exemplo um em
e outro em ou ainda em subníveis diferentes como e ) podem ter spins iguais.
Conclusão: a afirmativa 2, como escrita, é falsa. Correção concisa: “Dois elétrons no mesmo orbital devem ter spins opostos; elétrons em orbitais diferentes (ou em subníveis diferentes) podem ter o mesmo spin.”
Passo 4
Afirmativa 3 sobre a ordem de energia entre
e
em átomos polieletrônicos — vamos entender a regra prática e as nuances.
- Regra de preenchimento (Aufbau) simplificada e observações empíricas: para muitos átomos neutros a ordem energética aproximada é tal que o orbital
é preenchido antes do , ou seja, ao construir a configuração eletrônica coloca-se . - Isso não contradiz o enunciado: a afirmativa diz que o orbital
tem energia mais alta que em átomos polieletrônicos no estado fundamental — isso significa que está acima de em energia, então fica abaixo (mais estável) e é preenchido primeiro. - Em muitos casos práticos (especialmente para os elementos da série de transição), a energia efetiva do
é maior que a do quando os elétrons estão distribuídos no átomo neutro, portanto a afirmativa é considerada correta na linguagem usual de química/estrutura eletrônica. - Observação importante (para não te confundir na prova): ao ionizar átomos de metais de transição, os elétrons removidos saem primeiramente do
, o que indica que ao ocupar o átomo o fica mais baixo que , mas quando cheio muda a ordem efetiva. Existem exceções finas na tabela periódica, mas para fins de provas introdutórias a afirmação é aceita como verdadeira.
Conclusão: a afirmativa 3 é verdadeira (com a observação de que há exceções finas, mas a regra geral para átomos polieletrônicos em estado fundamental é essa).
Passo 5
Afirmativa 4 sobre o número máximo de elétrons no nível
.
- Fórmula geral: o número máximo de elétrons que cabem em uma camada principal com número quântico
é
- Para
:
- Interpretação concreta: a camada
contém os subníveis (2 elétrons), (6 elétrons) e (10 elétrons), totalizando .
Conclusão: a afirmativa 4 é verdadeira.
Passo 6
Afirmativa 5 sobre o que é um nó — precisamos entender função de onda e densidade de probabilidade.
- Em mecânica quântica, o elétron é descrito por uma função de onda
. A densidade de probabilidade de encontrar o elétron em uma região é proporcional a . - Definição de nó: um nó é uma região (superfície ou ponto) onde a função de onda
é zero, portanto , ou seja, a probabilidade de encontrar o elétron é zero nessa região. - Existem dois tipos comuns de nós:
- Nós angulares (ou nodos angulares), cujo número é igual a
. - Nós radiais (ou nodos radiais), cujo número é
.
- Nós angulares (ou nodos angulares), cujo número é igual a
- Exemplo: o orbital
tem um nó radial (há uma esfera onde ); o orbital tem um nó angular (um plano onde ). - A afirmativa que diz que “um nó é uma região onde a probabilidade de encontrar o elétron é máxima” está invertida — é justamente o contrário.
Conclusão: a afirmativa 5 é falsa. Correção concisa: “Um nó é uma região onde a probabilidade de encontrar o elétron é mínima (especificamente zero).”
Passo 7
Afirmativa 6 sobre a Regra de Hund — vamos explicá-la com calma.
- Regra de Hund (primeira regra de Hund) diz, em termos simples: ao preencher orbitais degenerados (mesma energia, por exemplo os três orbitais
de um mesmo nível), os elétrons ocupam primeiro os orbitais vazios individualmente, com spins paralelos, antes de começar a emparelhar elétrons no mesmo orbital. - Motivação física simples: minimizar repulsão entre elétrons e maximizar o spin total geralmente resulta em energia mais baixa para o átomo isolado.
- Exemplo: para o carbono com configuração externa
, em vez de colocar dois elétrons no mesmo (com spins opostos), a configuração de menor energia é colocar um em e outro em com spins paralelos.
Conclusão: a afirmativa 6 é verdadeira.
Passo 8
Afirmativa 7 sobre a configuração eletrônica de
.
- Primeiro, número atômico do Ferro:
. - Configuração eletrônica do átomo neutro
(regra comum de preenchimento):
- Ao formar cátions, a remoção de elétrons ocorre normalmente primeiro dos orbitais
mais externos antes dos internos para metais de transição. Assim: -
: retira 1 elétron do (ou simplificado ); -
: retira mais 1 do ; -
: retira mais 1, agora do .
-
- Portanto a configuração
para é a correta no estado fundamental.
Conclusão: a afirmativa 7 é verdadeira.
Resposta
V
F — Correção: Dois elétrons no mesmo orbital devem ter spins opostos; elétrons em orbitais diferentes (ou em subníveis diferentes) podem ter o mesmo spin.
V
V
F — Correção: Um nó é uma região onde a probabilidade de encontrar o elétron é mínima (especificamente zero).
V
V
F — Correção: Dois elétrons no mesmo orbital devem ter spins opostos; elétrons em orbitais diferentes (ou em subníveis diferentes) podem ter o mesmo spin.
V
V
F — Correção: Um nó é uma região onde a probabilidade de encontrar o elétron é mínima (especificamente zero).
V
V