Mostre a distribuição eletrônica, em ordem energética, dos átomos dos seguintes elementos químicos abaixo:
Passo 1
O enunciado pede: mostrar a distribuição eletrônica, em ordem energética, do átomo de oxigênio com número atômico
.
Informações dadas:
- O elemento é
com , ou seja, o átomo tem elétrons para serem distribuídos nos orbitais. - A resposta deve estar em ordem energética (do orbital de menor energia ao de maior).
Passo 2
Regras e conceitos que vou usar (explicados de forma simples):
- Número quântico principal
: indica o nível de energia (camada). Valores típicos: . - Número quântico azimutal
: determina o tipo de subnível. Valores e nomes: -
→ subnível , -
→ subnível , -
→ subnível , etc.
-
- Capacidade de um subnível: cada subnível tem capacidade máxima de elétrons dada por
Explicando: cada orbital (cada valor dado de
) comporta até 2 elétrons; o número de orbitais no subnível é
; multiplicando por 2 dá a capacidade total do subnível. Exemplos:
-
Para
( ): capacidade . -
Para
( ): capacidade . -
Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo 2 elétrons com spins opostos.
-
Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados (mesma energia, como os três
), primeiro coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar. Isso minimiza repulsão e dá energia mais baixa. -
Princípio de construção (Aufbau) / regra de Madelung para a ordem de energia: preencher primeiro orbitais de menor valor de
; em caso de empate, o menor tem menor energia. Vamos calcular para os orbitais relevantes: - Para
: . - Para
: . - Para
: .
Portanto a ordem de energia que interessa aqui é.
- Para
Passo 3
Contagem e preenchimento passo a passo (sempre respeitando Pauli e Hund):
- Começo com
elétrons totais.
-
Preencher
: capacidade . Coloco elétrons em . - Elétrons restantes:
.
- Elétrons restantes:
-
Preencher
: capacidade . Coloco elétrons em . - Elétrons restantes:
.
- Elétrons restantes:
-
Preencher
: capacidade , mas só temos elétrons restantes, então teremos . - Aplicando a regra de Hund nos três orbitais
: primeiro coloca-se um elétron em cada orbital ( , , ) até ter 3 elétrons; o quarto elétron emparelha um dos orbitais (coloca-se com spin oposto em um deles). Assim a distribuição em orbitais p fica, por exemplo:
- Aplicando a regra de Hund nos três orbitais
Isso respeita Hund (maximizar spins paralelos antes de emparelhar) e Pauli (cada orbital no máximo 2 elétrons com spins opostos).
Passo 4
Resumo e interpretação final:
- Seguindo a ordem energética
, preenchemos os elétrons até atingir . - Não há exceções (como as famosas exceções em elementos de transição) aqui; o oxigênio segue a ordem padrão.