Questão 02) (3,5) De acordo com as características dos átomos da tabela periódica:
a) (1,0) Escreva as configurações eletrônicas dos elementos \mathrm{Na}^{+}, \mathrm{Li}, \mathrm{Al}^{3+}, \mathrm{O}^{2-} e S , preencha os respectivos orbitais e informe quais deles possuem configuração de gás nobre.
b) (1,5) Construa esboço do diagrama de energia para as ligações \mathrm{O}_{2} e \mathrm{F}_{2} e informe sobre o comportamento magnético de cada composto. Explique.
c) (0,5) Qual dos elementos Sódio e Lítio apresenta primeira energia de ionização superior? Explique.
d) (0,5) Qual dos elementos Berilio e Litio apresenta segunda energia de ionização superior? Explique.

Passo 1

O enunciado aborda quatro tópicos de química inorgânica: (a) configuração eletrônica de íons e átomos e identificação de configurações de gás nobre; (b) desenho qualitativo do diagrama de níveis de energia molecular (MO) para O_{2} e F_{2} e análise do comportamento magnético; (c) tendência de primeira energia de ionização entre Na e Li; (d) tendência de segunda energia de ionização entre Be e Li. Para resolver usaremos o princípio de Aufbau, Pauli e Hund, teoria de orbitais moleculares e conceitos de atração nuclear efetiva.

Passo 2

Para o item (a) determinamos as configurações eletrônicas seguindo a ordem de preenchimento 1s, 2s, 2p, 3s, 3p:
\mathrm{Na}^+: tem 11-1=10 elétrons, logo
\mathrm{Na}^+:1s^2\,2s^2\,2p^6
\mathrm{Li}: tem 3 elétrons, logo
\mathrm{Li}:1s^2\,2s^1
\mathrm{Al}^{3+}: tem 13-3=10 elétrons, logo
\mathrm{Al}^{3+}:1s^2\,2s^2\,2p^6
\mathrm{O}^{2-}: tem 8+2=10 elétrons, logo
\mathrm{O}^{2-}:1s^2\,2s^2\,2p^6
\mathrm{S}: tem 16 elétrons, logo
\mathrm{S}:1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4
Destacamos que todos os orbitais estão preenchidos segundo Hund e Pauli.

Passo 3

Ainda no item (a), identificamos quais têm configuração de gás nobre:
\mathrm{Na}^+, \mathrm{Al}^{3+} e \mathrm{O}^{2-} possuem a mesma configuração do gás nobre Néon 1s^2\,2s^2\,2p^6.
\mathrm{Li} e \mathrm{S} não atingem configuração de gás nobre em seu estado neutro.

Passo 4

Para o item (b) usamos o diagrama de orbitais moleculares baseado em átomo de oxigênio e flúor (valência 2s e 2p). A ordem de níveis para O_{2} e F_{2} é
\sigma_{2s} < \sigma^*_{2s} < \sigma_{2p_z} < \pi_{2p_x}=\pi_{2p_y} < \pi^*_{2p_x}=\pi^*_{2p_y} < \sigma^*_{2p_z}.
O_{2} tem 12 elétrons de valência: preenche até \pi^*_{2p} com 2 elétrons desemparelhados em \pi^*. Logo O_{2} é paramagnético.
F_{2} tem 14 elétrons de valência: preenche completamente \pi^*_{2p} (4 elétrons) e deixa \sigma^*_{2p_z} vazio, sem elétrons desemparelhados. Logo F_{2} é diamagnético.

Passo 5

No item (c) comparamos a primeira energia de ionização E_i de Li e Na. Embora ambos tenham elétron de valência em orbital s, Li (2 s^{1}) é menor e o elétron está mais próximo do núcleo (maior atração nuclear efetiva) do que em Na (3 s^{1}). Assim
E_i(\mathrm{Li}) > E_i(\mathrm{Na}).

Passo 6

No item (d) comparamos a segunda energia de ionização. Para Li, a segunda ionização remove um elétron do orbital 1s (núcleo), o que exige energia muito alta. Para Be, a segunda ionização remove o segundo elétron de 2s, mais externo. Portanto
E_{i2}(\mathrm{Li}) \gg E_{i2}(\mathrm{Be}),
ou seja, Li tem segunda energia de ionização superior à de Be.

Resposta

a) \mathrm{Na}^+:1s^2\,2s^2\,2p^6 (gás nobre) \mathrm{Li}:1s^2\,2s^1 \mathrm{Al}^{3+}:1s^2\,2s^2\,2p^6 (gás nobre) \mathrm{O}^{2-}:1s^2\,2s^2\,2p^6 (gás nobre) \mathrm{S}:1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4
b)
O_{2}: diagrama MO até \pi^*_{2p} com 2 elétrons desemparelhados → paramagnético
F_{2}: diagrama MO até \pi^*_{2p} totalmente pareado → diamagnético
c) \displaystyle E_i(\mathrm{Li})>E_i(\mathrm{Na})
d) \displaystyle E_{i2}(\mathrm{Li})>E_{i2}(\mathrm{Be})

Exercícios relacionados