Questão 31. Explique as seguintes observações experimentais:
A configuração eletrônica do Cr é [\mathrm{Ar}] 3 d^{5} 4 s^{1} ao invés de [\mathrm{Ar}] 3 d^{4} 4 s^{2}.

Passo 1

O enunciado pede para explicar por que o cromo, cujo número atômico é 24, adota a configuração eletrônica
[\mathrm{Ar}]\,3d^5\,4s^1
em vez da configuração esperada pela regra de Aufbau pura
[\mathrm{Ar}]\,3d^4\,4s^2.
Os conceitos envolvidos são a ordem de energias dos orbitais atômicos, o princípio de Hund e o ganho de energia de troca (exchange energy).

Passo 2

Pela regra de Aufbau simples, primeiro se preenche o orbital de menor soma n+\ell, ou seja, 4s n+\ell=4+0=4 antes de 3d n+\ell=3+2=5. Assim, até o cromo deveríamos ter
[\mathrm{Ar}]\,3d^4\,4s^2.

Passo 3

Na prática, a diferença de energia entre 4s e 3d é muito pequena e muda conforme os orbitais vão sendo ocupados. Quando chegamos perto do meio do subnível d, passa a ser energeticamente mais favorável “retirar” um elétron de 4s e colocá-lo em 3d, porque o orbital 3d fica ligeiramente mais baixo em energia que o 4s ocupado.

Passo 4

Além disso, o princípio de Hund e a energia de troca dizem que cada elétron sendo desemparelhado em orbitais diferentes do mesmo subnível traz um ganho de estabilidade. Ao passar de 3d^4\,4s^2 para 3d^5\,4s^1, o subnível 3d fica meio-preenchido, maximizando o número de spins paralelos e, com isso, aumentando a energia de troca e diminuindo a repulsão eletrônica.

Resposta

A configuração eletrônica do Cr é
[\mathrm{Ar}]\,3d^5\,4s^1
porque o ganho de energia de troca e a pequena diferença de energia entre os orbitais fazem com que o arranjo com meio-preenchimento de 3d seja mais estável que 3d^4\,4s^2.

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