Mostre a distribuição eletrônica, em ordem energética, dos átomos dos seguintes elementos químicos abaixo:
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Mostrar a distribuição eletrônica, em ordem energética, do átomo de cério com
.
Informações dadas e úteis:
-
significa que o átomo neutro tem elétrons. - Não há figure ou dado extra; só é preciso distribuir os
elétrons nos orbitais seguindo as regras usuais.
Passo 2
Regras físicas que vamos usar (explicadas de forma simples):
- Princípio de Aufbau (ordem de preenchimento): os elétrons ocupam primeiro os orbitais de menor energia. A ordem padrão usada em química/curso é a regra de Madelung (órbitais organizados por
e, em empate, pelo menor ). - Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital suporta no máximo dois elétrons com spins opostos.
- Regra de Hund: ao ocupar orbitais degenerados (mesma energia), os elétrons entram com spins paralelos em orbitais separados antes de emparelhar.
Explicando de forma bem concreta:
- Um “orbital” é uma casa que pode abrigar até 2 elétrons.
- A ordem típica prática de preenchimento (simplificada) que usaremos é:
Essa sequência vem da regra de Madelung; para elementos da família dos lantanídeos (como Ce) os orbitais e estão muito próximos em energia, então há exceções/ajustes práticos — veremos isso no caso concreto.
Passo 3
Estratégia prática para resolver (sem pânico!):
- Primeiro preencher até o gás nobre anterior a
, que é o xenônio ( , que tem elétrons). Assim comprimimos os primeiros elétrons como um núcleo eletrônico fechado. - Depois distribuir os
elétrons restantes nos orbitais de energia mais baixa disponíveis após , seguindo Aufbau, Pauli e Hund. - Vou fazer as contas de forma explícita para que dê para acompanhar na prova sem calculadora: somas simples de elétrons.
Passo 4
Preenchimento até o gás nobre
:
- O xenônio possui
elétrons; sua configuração completa (ordem energética) até aí é: Essa sequência soma elétrons. Em notação abreviada, escrevemos isso como .
Passo 5
Distribuindo os
elétrons além de
:
- Temos
elétrons para alocar nos orbitais que vêm depois de . - De acordo com a ordem prática, o orbital
é preenchido antes de e . Então colocamos primeiro elétrons em : -
(isso consome dos elétrons). - Restam
elétrons.
-
- Agora os orbitais
e estão muito próximos em energia. Para o cério experimentalmente observado (estado fundamental), a distribuição que dá menor energia envolve colocar um elétron em e um em , ou seja . Assim ocupamos os elétrons restantes como: -
e .
-
Por que não, por exemplo,
ou
?
- Porque para os lantanídeos iniciais a diferença de energia entre
e é tão pequena que a configuração de menor energia para Ce, verificada experimentalmente por medidas espectroscópicas, é . Em provas, ao seguir Aufbau + conhecimento das exceções para lantanídeos, deve-se lembrar deste caso particular: La ( ) é e Ce ( ) é .
Passo 6
Montando a configuração final em ordem energética (lista completa) e em forma abreviada:
- A configuração completa, listando os níveis na ordem de preenchimento que usamos, é
- Em notação de gás nobre (abreviada), isso fica