Qual o número máximo de elétrons em um átomo cujos elétrons de mais alta energia apresentam n = 4 e l= 0 como números quânticos principal e momento angular, respectivamente?

Passo 1

O enunciado diz que, no átomo em questão, os elétrons de mais alta energia têm números quânticos principal n=4 e azimutal (momento angular) l=0. Isso significa que a última subcamada preenchida é a 4s. Para determinar o número máximo de elétrons desse átomo, vamos listar todas as subcamadas que se preenchem antes ou junto com a 4s e depois somar seus elétrons.

Passo 2

Em átomos neutros e no preenchimento segundo a regra de Aufbau (ordenando por n+l, e para empates por menor n), as subcamadas se preenchem nesta ordem até a 4s:
1s,;2s,;2p,;3s,;3p,;4s
Não incluímos 3d porque sua soma n+l=3+2=5 é maior que a de 4s ( 4+0=4), de modo que 4s é preenchida antes de 3d. Como a última subcamada ocupada é exatamente 4s, ela ainda não começou a preencher 3d.

Passo 3

Cada subcamada com número quântico l possui (2l+1) orbitais, e cada orbital comporta até 2 elétrons (princípio de exclusão de Pauli). Portanto, o número máximo de elétrons em cada subcamada é
2,(2l+1)
Vamos calcular para cada uma:
  1. 1s ( l=0): 2(2cdot0+1)=2 elétrons
  2. 2s ( l=0): 2(2cdot0+1)=2 elétrons
  3. 2p ( l=1): 2(2cdot1+1)=6 elétrons
  4. 3s ( l=0): 2(2cdot0+1)=2 elétrons
  5. 3p ( l=1): 2(2cdot1+1)=6 elétrons
  6. 4s ( l=0): 2(2cdot0+1)=2 elétrons

Passo 4

Somando todos esses elétrons, obtemos o número máximo de elétrons no átomo:
2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 = 20

Resposta

O átomo em que os elétrons de mais alta energia estão em n=4, l=0 pode ter, no máximo, 20 elétrons.

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