Questão 5. Determine a configuração eletrônica dos íons \mathrm{Na}^{+}e \mathrm{Cl}^{-}formados durante a síntese do NaCl. Qual é a configuração de gás nobre que cada íon alcança? Descreva o processo de transferência eletrônica.

Passo 1

O enunciado pede três coisas: (1) determinar a configuração eletrônica do íon \mathrm{Na}^{+} formado na síntese do NaCl; (2) determinar a configuração eletrônica do íon \mathrm{Cl}^{-} formado; (3) dizer qual configuração de gás nobre cada íon alcança e descrever o processo de transferência eletrônica.
Informações relevantes fornecidas ou necessárias (valores que vou usar):
  • Número atômico de \mathrm{Na}: Z_{\mathrm{Na}} = 11.
  • Número atômico de \mathrm{Cl}: Z_{\mathrm{Cl}} = 17.
  • Ordem de preenchimento de orbitais até a terceira camada: 1s,2s,2p,3s,3p.
    Nada mais foi fornecido; com esses dados dá para montar as configurações e explicar a transferência.

Passo 2

Breve revisão didática (princípios que uso):
  • A configuração eletrônica de um átomo descreve como os elétrons ocupam orbitais com base no princípio de Aufbau (preencher orbitais de menor energia primeiro), no princípio de exclusão de Pauli e na regra de Hund.
  • Em químicos inorgânicos costuma-se usar a notação de gás nobre para abreviar a parte interna preenchida (por exemplo [\mathrm{Ne}] representa 1s^2 2s^2 2p^6).
  • O elétron mais fracamente ligado (o que sai primeiro quando um metal forma um cátion) é o elétron de maior energia na camada eletrônica externa (o eletrón de valência). Para \mathrm{Na} isso é o elétron em 3s.
  • Quando um halogênio ganha um elétron, esse elétron completa a subcamada 3p no caso do cloro.
    Agora, com essas regras, vamos construir as configurações fundamentais.

Passo 3

Configuração eletrônica do átomo neutro de \mathrm{Na}:
  • \mathrm{Na} tem Z_{\mathrm{Na}}=11 elétrons. Preenchendo na ordem 1s,2s,2p,3s obtemos:
\mathrm{Na}: 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{1}.
  • Usando a notação de gás nobre:
\mathrm{Na}: [\mathrm{Ne}]\,3s^{1},
pois [\mathrm{Ne}] = 1s^{2}2s^{2}2p^{6} contém 10 elétrons.

Passo 4

Formação do cátion \mathrm{Na}^{+} e sua configuração:
  • Ao formar \mathrm{Na}^{+}, o sódio perde um elétron. O elétron removido é o de maior energia, o único elétron em 3s. Então removemos 3s^{1} da configuração neutra.
  • Assim:
\mathrm{Na}^{+}: 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6} = [\mathrm{Ne}].
  • Comentário didático: \mathrm{Na}^{+} tem 11-1=10 elétrons, portanto alcança a configuração eletrônica do gás nobre \mathrm{Ne}.

Passo 5

Configuração eletrônica do átomo neutro de \mathrm{Cl}:
  • \mathrm{Cl} tem Z_{\mathrm{Cl}}=17 elétrons. Preenchendo:
\mathrm{Cl}: 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{5}.
  • Em notação de gás nobre:
\mathrm{Cl}: [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}\;3p^{5}.

Passo 6

Formação do ânion \mathrm{Cl}^{-} e sua configuração:
  • \mathrm{Cl} ganha um elétron para completar a subcamada 3p. Adicionando um elétron a 3p^{5} obtemos 3p^{6}.
  • Assim:
\mathrm{Cl}^{-}: 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6} = [\mathrm{Ar}].
  • Comentário didático: \mathrm{Cl}^{-} tem 17+1=18 elétrons, alcançando a configuração do gás nobre \mathrm{Ar}.

Passo 7

Descrição didática e qualitativa do processo de transferência eletrônica na síntese do NaCl:
  • O sódio metálico possui um elétron de valência fraco em 3s^{1}; perder esse elétron forma \mathrm{Na}^{+} e exige energia chamada energia de ionização.
  • O cloro, sendo um halogênio com alta afinidade eletrônica, tem tendência a ganhar um elétron; ao receber um elétron libera energia (afinidade eletrônica) e forma \mathrm{Cl}^{-}.
  • No conjunto reação \mathrm{Na} + \tfrac{1}{2}\mathrm{Cl}_{2} \to \mathrm{NaCl} (ou combinando átomo-a-átomo), há transferência do elétron de \mathrm{Na} para \mathrm{Cl}:
\mathrm{Na} \longrightarrow \mathrm{Na}^{+} + e^{-} \qquad\text{e}\qquad \mathrm{Cl} + e^{-} \longrightarrow \mathrm{Cl}^{-}.
  • Após a transferência, \mathrm{Na}^{+} e \mathrm{Cl}^{-} se atraem por forças eletrostáticas (ligaçao iônica), formando a rede cristalina do NaCl. A estabilização adicional vem da energia de rede (lattice energy) liberada quando os íons se organizam em sólido — essa energia compensa, no balanço energético, parte da energia gasta para ionizar \mathrm{Na}, tornando o processo global energeticamente favorável.
  • Em termos simples: um elétron vai do orbital 3s de \mathrm{Na} para o orbital 3p de \mathrm{Cl}, cada átomo alcança uma configuração de gás nobre e o resultado é atração eletrostática entre os íons.

Passo 8

Resumo final para memorizar (forma curta que cai muito em prova):
  • \mathrm{Na}^{+} = [\mathrm{Ne}] (perdeu 3s^{1}, fica com 10 elétrons).
  • \mathrm{Cl}^{-} = [\mathrm{Ar}] (ganhou um elétron em 3p, fica com 18 elétrons).
  • Transferência: elétron de \mathrm{Na}(3s) \mathrm{Cl}(3p); formação de íons e ligação iônica por atração eletrostática; estabilidade extra pela energia de rede.

Resposta

\mathrm{Na}^{+} : [\mathrm{Ne}]
\mathrm{Cl}^{-} : [\mathrm{Ar}]
\mathrm{Na} doa o elétron 3s^{1} para \mathrm{Cl} (que o aceita em 3p); formam-se \mathrm{Na}^{+} e \mathrm{Cl}^{-} que se atraem eletrostaticamente, estabilizando o cristal de NaCl.

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