( 1,5 ptos.) - Considere os átomos de sódio e potássio. Para cada átomo: a) Utilize o princípio aufbau para construir a configuração eletrônica do estado fundamental. b) Quantos elétrons de caroço e de valência cada átomo possui, c) Sabendo que a energia de ionização (E.I.) do potássio vale
, o que se pode inferir sobre a E.I. do sódio?
Passo 1
O enunciado pede três coisas relacionadas aos átomos de sódio e potássio:
- Para cada átomo, usar o princípio aufbau para construir a configuração eletrônica do estado fundamental.
- Para cada átomo, indicar quantos elétrons de caroço (núcleo + elétrons internos) e quantos elétrons de valência possui.
- Sabendo que a energia de ionização (E.I.) do potássio vale
, inferir o que se pode dizer sobre a E.I. do sódio.
Informações dadas explicitamente: a energia de ionização do potássio é
.
Dados implícitos que precisamos usar: os números atômicos (quantidade de elétrons neutros) dos elementos: tem
elétrons;
tem
elétrons.
Dados implícitos que precisamos usar: os números atômicos (quantidade de elétrons neutros) dos elementos:
Passo 2
Explicação didática do princípio aufbau (como vamos preencher os elétrons):
- O princípio aufbau diz que os elétrons ocupam os orbitais em ordem de energia crescente: primeiro os mais baixos, depois os mais altos.
- A ordem prática de preenchimento (a que vamos usar) é:
- Regras complementares que aplicamos: (i) cada orbital
comporta até 2 elétrons, até 6, até 10; (ii) obedecemos ao princípio de exclusão de Pauli (máx. 2 elétrons por orbital com spins opostos) e à regra de Hund (em orbitais degenerados, preenche-se um elétron em cada antes de emparelhar).
Vou usar essa ordem para escrever as configurações dos dois átomos.
Passo 3
Construção passo a passo da configuração eletrônica do sódio (
,
):
- Começamos preenchendo em ordem até totalizar 11 elétrons.
- Preenchimento e contagem:
-
recebe 2 elétrons → acumulo: elétrons. -
recebe 2 elétrons → acumulo: elétrons. -
recebe 6 elétrons → acumulo: elétrons. - Falta 1 elétron: próximo orbital é
, que receberá 1 elétron → acumulo: .
-
- Portanto a configuração eletrônica do estado fundamental do sódio é:
Explicação curta para prova: escreva os blocos seguindo a ordem aufbau e verifique que o total de expoentes é
.
Passo 4
Construção passo a passo da configuração eletrônica do potássio (
,
):
- Preenchimento em ordem até totalizar 19 elétrons.
- Preenchimento e contagem:
-
→ acumulo . -
→ acumulo . -
→ acumulo . -
→ acumulo . -
→ acumulo . - Falta 1 elétron: próximo orbital é
, que recebe 1 elétron → acumulo .
-
- Portanto a configuração eletrônica do estado fundamental do potássio é:
Dica para a prova: lembre que para os metais alcalinos o último elétron entra no orbital
(com
sendo o número da camada externa).
Passo 5
Definição prática e contagem de elétrons de caroço e de valência (didático):
- Elétrons de valência: para os elementos principais (blocos s e p), são os elétrons situados na camada de maior número quântico principal
(a camada mais externa). Esses elétrons participam das ligações químicas. - Elétrons de caroço (ou internos): são os elétrons que não são de valência, ou seja, todos os elétrons nas camadas internas. Em provas, é comum contar simplesmente:
.
Aplicando isso aos átomos dados:
- Sódio (
): configuração . A camada mais externa é com → há elétron de valência. Logo elétrons de caroço . - Potássio (
): configuração . A camada mais externa é com → há elétron de valência. Logo elétrons de caroço .
Passo 6
Explicação sobre energia de ionização (E.I.) e inferência para o sódio:
- A energia de ionização (primeira) é a energia necessária para remover o elétron mais fracamente ligado (o elétron de valência) de um átomo isolado no estado gasoso. Em geral, para os elementos do mesmo grupo da tabela periódica (mesma coluna), a energia de ionização diminui ao descer o grupo (porque o elétron de valência fica em uma camada com maior
, mais distante do núcleo e mais efetivamente protegido pelos elétrons internos). - Sódio e potássio pertencem ao mesmo grupo (metais alcalinos):
está acima de no grupo. Portanto espera-se que a energia de ionização do sódio seja maior do que a do potássio. Em palavras simples: é mais fácil arrancar o elétron do potássio (menor E.I.) do que do sódio. - Como o enunciado nos dá
, podemos inferir qualitativamente que
- Para quem quiser um valor aproximado conhecido (não pedido explicitamente, mas útil para comparação): o valor real tabulado da primeira energia de ionização do sódio é cerca de
o que confirma a inferência.
Resposta
Sódio — elétrons de valência:
; elétrons de caroço:
Potássio — elétrons de valência: ; elétrons de caroço:
Potássio — elétrons de valência:
Conclusão sobre E.I.:
(valor tabulado aproximado
).