Questão 6. Escreva a configuração eletrônica completa para as espécies químicas abaixo e determine a carga nuclear efetiva para o elétron mais externo.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para a espécie química
(vanádio):
- Escrever a configuração eletrônica completa.
- Determinar a carga nuclear efetiva para o elétron mais externo.
Informações relevantes que iremos usar:
- Número atômico do vanádio:
(portanto tem elétrons). - O enunciado já sugere os blocos/orbitais a considerar:
. - Preciso escolher qual é o “elétron mais externo” da espécie e aplicar um método para obter a carga nuclear efetiva.
Passo 2
Primeiro: construir a configuração eletrônica completa, passo a passo (usando princípios de preenchimento: princípio de Aufbau — preencher orbitais de menor energia primeiro; princípio de exclusão de Pauli — cada orbital comporta até dois elétrons com spins opostos; regra de Hund — ao preencher orbitais degenerados, colocar um elétron em cada antes de parear).
Ordem de preenchimento relevante (simplificada):
→
→
→
→
→
→
.
Vamos distribuir os 23 elétrons seguindo essa ordem:
Vamos distribuir os 23 elétrons seguindo essa ordem:
-
: 2 elétrons (total acumulado ) -
: +2 (total ) -
: +6 (total ) -
: +2 (total ) -
: +6 (total )
Agora faltamelétrons para preencher níveis superiores. - O próximo nível que recebe elétrons é
(preenche antes do na construção): : +2 (total ) - Restam
elétrons, que vão para : : +3 (total )
Portanto a configuração completa é
ou, de forma condensada,
Passo 3
Decidir qual é o “elétron mais externo” para calcular
.
Na prática química/atômica o elétron mais externo de um átomo neutro de vanádio é um dos elétrons do orbital (pois
é o nível de maior número quântico principal ocupado e geralmente considerado mais externo). Então escolhemos um elétron
para calcular a carga nuclear efetiva.
Na prática química/atômica o elétron mais externo de um átomo neutro de vanádio é um dos elétrons do orbital
Passo 4
Agora: explicar e aplicar as Regras de Slater para calcular a carga nuclear efetiva
.
Breve aula sobre as Regras de Slater (didático e prático):
- Objetivo: estimar a blindagem (shielding)
sofrida pelo elétron de interesse devido aos demais elétrons, e então calcular
onde
é a carga nuclear (número atômico).
- Procedimento resumido:
- Escrever a configuração separada em grupos conforme Slater:
, etc. - Para um elétron em um orbital do tipo
ou : - Cada outro elétron no mesmo grupo
contribui com para (exceto para onde o outro contribui ). - Cada elétron em grupos com número quântico
menor contribui com . - Elétrons em níveis com
maior não contribuem.
- Cada outro elétron no mesmo grupo
- Para elétrons
ou as regras mudam um pouco (outros ou contribuem e todas as camadas internas contribuem ), mas aqui usamos a regra para elétron (tipo ).
- Escrever a configuração separada em grupos conforme Slater:
Vou aplicar exatamente essas regras ao elétron
do vanádio.
Passo 5
Aplicação das Regras de Slater para o elétron
:
- Identificar os elétrons que contribuem para a blindagem
. - Elétrons no mesmo grupo
: no nosso caso há mais 1 elétron (pois ), e nenhum . Cada elétron no mesmo grupo contribui .
Contribuição desse grupo:. - Elétrons com
(todas as camadas internas): todos contribuem cada. Quantos são? Total de elétrons do átomo menos os elétrons = elétrons internos.
Contribuição dessas camadas internas:. - Não há elétrons com
a considerar.
- Elétrons no mesmo grupo
Somando as contribuições:
Passo 6
Calcular a carga nuclear efetiva:
Interpretação curta (para te deixar animado): isso significa que cada elétron
“sente” efetivamente uma carga nuclear positiva relativamente pequena, porque a maioria dos elétrons internos blindam o núcleo — típico para elétrons externos de metais de transição.