Mostre a distribuição eletrônica, em ordem energética, dos átomos dos seguintes elementos químicos abaixo:
\mathrm{O}(\mathrm{Z}=8)

Passo 1

O enunciado pede: mostrar a distribuição eletrônica, em ordem energética, do átomo de oxigênio com número atômico Z=8.
Informações dadas:
  • O elemento é \mathrm{O} com Z=8, ou seja, o átomo tem 8 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 n: indica o nível de energia (camada). Valores típicos: n=1,2,3,\dots.
  • Número quântico azimutal \ell: determina o tipo de subnível. Valores e nomes:
    • \ell=0 → subnível s,
    • \ell=1 → subnível p,
    • \ell=2 → subnível d, etc.
  • Capacidade de um subnível: cada subnível tem capacidade máxima de elétrons dada por
2(2\ell+1).
Explicando: cada orbital (cada valor dado de m_\ell) comporta até 2 elétrons; o número de orbitais no subnível é (2\ell+1); multiplicando por 2 dá a capacidade total do subnível. Exemplos:
  • Para s ( \ell=0): capacidade 2(2\cdot0+1)=2.
  • Para p ( \ell=1): capacidade 2(2\cdot1+1)=6.
  • 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 2p), 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 n+\ell; em caso de empate, o menor n tem menor energia. Vamos calcular n+\ell para os orbitais relevantes:
    • Para 1s: n+\ell = 1+0 = 1.
    • Para 2s: 2+0 = 2.
    • Para 2p: 2+1 = 3.
      Portanto a ordem de energia que interessa aqui é \,1s < 2s < 2p\,.

Passo 3

Contagem e preenchimento passo a passo (sempre respeitando Pauli e Hund):
  • Começo com 8 elétrons totais.
  1. Preencher 1s: capacidade 2. Coloco 2 elétrons em 1s.
    • Elétrons restantes: 8-2=6.
  2. Preencher 2s: capacidade 2. Coloco 2 elétrons em 2s.
    • Elétrons restantes: 6-2=4.
  3. Preencher 2p: capacidade 6, mas só temos 4 elétrons restantes, então teremos 2p^4.
    • Aplicando a regra de Hund nos três orbitais 2p_x,2p_y,2p_z: primeiro coloca-se um elétron em cada orbital ( \uparrow, \uparrow, \uparrow) até ter 3 elétrons; o quarto elétron emparelha um dos orbitais (coloca-se com spin oposto \downarrow em um deles). Assim a distribuição em orbitais p fica, por exemplo:
2p_x^{\uparrow\downarrow}\;2p_y^{\uparrow}\;2p_z^{\uparrow}.
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 \,1s<2s<2p, preenchemos os elétrons até atingir Z=8.
  • Não há exceções (como as famosas exceções em elementos de transição) aqui; o oxigênio segue a ordem padrão.

Resposta

\mathrm{O}:\;1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{4}

Exercícios relacionados