\mathbf{3}^{\boldsymbol{\circ}} Questão (\mathbf{2 , 0}) Suponha que um elemento X possui um elétron de valência com o conjunto de número quântico \left\{n=4, l=0, m_{l}=0, m_{s}=1 / 2\right\}. Indique o nome do elemento X , a massa atômica e sua configuração eletrônica.

Passo 1

O enunciado dá explicitamente o conjunto de números quânticos do elétron de valência de um elemento X:
  • \{n=4,\; l=0,\; m_{l}=0,\; m_{s}=1/2\}.
O que é pedido:
  • indicar o nome do elemento X;
  • indicar a massa atômica (peso atômico) do elemento;
  • escrever a configuração eletrônica do elemento.

Passo 2

Entender o que significam esses números quânticos (aula rápida e amigável):
  • \,n é o número quântico principal: indica a camada/nível de energia (a “camada” n=1,2,3,\dots). Aqui \,n=4 diz que o elétron está na quarta camada.
  • \,l é o número quântico azimutal (ou secundário): l=0,1,2,3,\dots correspondendo aos orbitais s,p,d,f,\dots. Especificamente:
    • l=0\Rightarrow orbital s,
    • l=1\Rightarrow p,
    • l=2\Rightarrow d, etc.
      Portanto l=0 significa que o elétron está num orbital s.
  • \,m_l é o número quântico magnético, que indica a orientação do orbital; para s (onde l=0) só existe m_l=0. Aqui m_l=0 é compatível com s.
  • \,m_s é o número quântico de spin: m_s=+1/2 ou -1/2. Aqui é +1/2, significando spin “para cima”, mas isso não afeta a identificação do orbital principal.
Conclusão desta etapa: o elétron de valência está no orbital \,4s (porque n=4 e l=0).

Passo 3

O que significa “elétron de valência” e como usá-lo para identificar o elemento:
  • Em átomos neutros, o número de elétrons é igual ao número atômico Z.
  • Um “elétron de valência” normalmente é um elétron localizado na camada mais externa (maior n) e é o último elétron adicionado na ordem de preenchimento (princípio de Aufbau).
  • Aqui o elétron de valência está em 4s. O orbital 4s começa a ser preenchido logo após os orbitais da terceira camada terem sido completados (ou seja, depois de obter a configuração do gás nobre Argônio).
Para ver isso na prática: a configuração completa do gás nobre Argônio ( Z=18) é
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6,
totalizando 2+2+6+2+6=18 elétrons. O próximo elétron (o de número 19) ocupa o orbital \,4s, dando \,4s^1.
Portanto, um átomo neutro com um único elétron no \,4s tem Z=19.

Passo 4

Identificando o elemento e verificando o nome/símbolo:
  • O elemento com número atômico Z=19 é o Potássio, com símbolo químico \mathrm{K}.
  • Logo, o elemento X é o Potássio ( \mathrm{K}).
Um comentário didático rápido sobre ordem de energia: embora orbital 3d exista logo depois, na construção do átomo neutro o orbital \,4s é preenchido antes do 3d, por isso o último elétron de elementos de número atômico 19 entra em 4s.

Passo 5

Massa atômica do elemento (o que normalmente se pede por “massa atômica”):
  • O valor padrão da massa atômica (peso atômico) do Potássio é aproximadamente
39,0983\\ \mathrm{u},
onde \mathrm{u} é a unidade de massa atômica (ou, equivalentemente, 39,0983\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}).
  • Observação didática: o número inteiro mais próximo (39) corresponde ao isótopo mais abundante ^{39}\mathrm{K}, mas o “peso atômico” é média ponderada natural e por isso aparece com casas decimais.

Passo 6

Configuração eletrônica completa do Potássio:
  • Escrevendo todas as ocupações desde 1s:
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1.
  • Forma abreviada usando o gás nobre anterior ( \mathrm{Ar} = Argônio):
[\mathrm{Ar}]\,4s^1.
Explicação da notação: em \,1s^2 o expoente indica quantos elétrons ocupam aquele subnível; o colchete [\mathrm{Ar}] significa “a configuração eletrônica do Argônio” já escrita antes.

Passo 7

Resumo final e checagem rápida:
  • O último elétron em 4s^1 confirma que o elemento neutro tem 19 elétrons, logo é Potássio ( \mathrm{K}).
  • Massa atômica padrão: 39,0983\\ \mathrm{u}.
  • Configuração eletrônica: \,1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1 ou [\mathrm{Ar}]\,4s^1.

Resposta

Potássio ( \mathrm{K})
39,0983\\ \mathrm{u}
[\mathrm{Ar}]\,4s^1

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