No modelo atômico moderno, os elétrons são descritos por números quânticos
e
.
Suponha que um elemento
possua um elétron de valência caracterizado por:
Determine:
- o subnível onde esse elétron está
- o elemento químico correspondente
- a distribuição eletrônica completa
Suponha que um elemento
Passo 1
O enunciado dá explicitamente um elétron de valência com os números quânticos
O que o problema pede (três coisas):
- determinar o subnível onde esse elétron está;
- identificar o elemento químico correspondente (ou seja, o elemento cujo elétron de valência pode ser descrito por esses números quânticos);
- escrever a distribuição eletrônica completa desse elemento.
Passo 2
O que significam esses números quânticos — aula rápida e direta:
-
é o número quântico principal: indica a camada/nível de energia (shell). Aqui significa terceira camada (nível 3). -
é o número quântico azimutal (ou orbital): determina a forma do orbital e o subnível. Os valores possíveis são . Cada valor de tem uma letra associada: Portanto significa um orbital do tipo . -
é o número quântico magnético: define a orientação do orbital dentro do subnível. Para os valores possíveis são . O valor indica o orbital p com orientação particular (costuma-se chamar de se quisermos nomear). -
é o número quântico de spin: pode ser . Aqui significa que esse elétron tem spin “para cima” (spin up).
Resumo didático curto: com
e
o elétron está num orbital do subnível
;
dá a orientação específica dentro do
;
dá o spin.
Passo 3
Determinar explicitamente o subnível:
- Como explicado,
e corresponde ao subnível . - Se quisermos ser ainda mais precisos, o orbital é o
(frequentemente escrito como para identificar a orientação), e o elétron tem spin .
Portanto o subnível onde esse elétron está é
(especificamente o orbital
).
Passo 4
Como identificar o elemento a partir do elétron de valência:
- O enunciado diz que é um elétron de valência: ou seja, é um elétron do nível mais externo (a camada com maior
) do átomo. Aqui isso implica que a camada externa é a . - Muitos elementos têm elétrons na camada
. Para restringir ao elemento, normalmente assumimos que o elétron dado é o elétron mais externo que determina a identidade química (ou seja, o último elétron a ser preenchido segundo o princípio de Aufbau). - Então procuramos o elemento cujo último elétron ocupado é um elétron
. O primeiro elemento cujo elétron ocupa é o alumínio, que tem configuração terminando em .
Explicando o raciocínio de preenchimento (Aufbau) de forma prática:
- Ordem de preenchimento até a terceira camada útil:
, , , , . - Cada orbital
comporta até 2 elétrons, cada conjunto até 6 elétrons, etc. - Preenchendo sequencialmente:
(2), (2), (6) total 10 → isto é o neônio . - Continuando:
(2) → total 12. - O próximo elétron vai para
. Se há apenas um elétron em (isto é, última ocupação ), o número atômico total é . - O elemento com
é o alumínio, símbolo .
Portanto o elemento químico correspondente é o alumínio (
,
), porque seu elétron de valência não emparelhado é exatamente um elétron
.
Passo 5
Montar a distribuição eletrônica completa — passo a passo numérico:
- Já contamos até
(10 elétrons): . - Os próximos 3 elétrons (do 11º ao 13º) ocupam:
(dois elétrons, 11º e 12º) e (13º). - Somando dá
, portanto a configuração eletrônica completa do alumínio é
- Forma abreviada (notação do gás nobre):
.
Passo 6
Observações finais e vínculo com os números quânticos dados:
- O subnível pedido:
(orbital ). - O spin
é uma propriedade do elétron dentro desse orbital; outro elétron no mesmo orbital teria por princípio de Pauli. - O fato de
não altera qual elemento é, apenas indica qual uma das três orientações do orbital o elétron ocupa ( são as três orientações).
Resposta
Subnível:
(especificamente o orbital
, spin
)
Elemento químico correspondente: (alumínio),
Distribuição eletrônica completa:
Elemento químico correspondente:
Distribuição eletrônica completa: