Questăo X (2,0 Pontos) - Faça a distribuição eletrônica, calcule a blindagem (
) e a carga nuclear efetiva (
) para um elétron no nível mais externo das seguintes espécies químicas:
ponto cada)
Passo 1
O que o enunciado pede e as espécies que vou resolver (interpretei que “Co_{1}” significa
; assim são quatro espécies, cada uma com
ponto, totalizando
pontos):
- Para cada espécie: fazer a distribuição eletrônica (configuração), calcular a blindagem
para um elétron no nível mais externo e calcular a carga nuclear efetiva desse elétron. - Espécies que vou tratar (com seus números atômicos):
-
(Z 16) -
(Z 22; carga → 20 elétrons) -
(Z 27; carga → 26 elétrons) -
(Z 38; carga → 36 elétrons)
-
Passo 2
Breve aula: regra de Slater (como calcular a blindagem
) — explicação passo a passo e intuitiva.
- Objetivo da regra de Slater: estimar quanto os elétrons internos “bloqueiam” a carga positiva do núcleo vista por um elétron específico; depois
. - Passos gerais de Slater (forma prática que vamos aplicar):
- Escreve-se a configuração eletrônica e agrupa-se por blocos do tipo:
, , , , , , etc., sempre agrupando s e p juntos no mesmo , e d ou f em seu próprio grupo. - Caso o elétron considerado seja um elétron do tipo
ou : - Cada outro elétron no mesmo grupo (
, ou seja, outros e do mesmo nível) contribui com para (exceto para o caso , onde cada outro contribui com ). - Cada elétron no nível
(toda a camada imediatamente abaixo: ) contribui com . - Cada elétron em níveis ainda mais internos (
, , …) contribui com .
- Cada outro elétron no mesmo grupo (
- Caso o elétron considerado seja um elétron do tipo
ou : - Cada outro elétron no mesmo grupo
(ou ) contribui com . - Todos os elétrons em grupos com número quântico principal menor (todas as camadas mais internas:
de níveis menores) contribuem com .
- Cada outro elétron no mesmo grupo
- Escreve-se a configuração eletrônica e agrupa-se por blocos do tipo:
- Por quê? Intuição rápida: elétrons na mesma camada não bloqueiam tanto (0{,}35) porque estão, em média, na mesma região espacial; elétrons um nível abaixo bloqueiam bastante mas não totalmente (0{,}85) para elétrons
; elétrons muito internos estão mais próximos ao núcleo e bloqueiam quase totalmente (1{,}00). - Sempre esclarecer qual elétron estamos olhando: o problema pede “um elétron no nível mais externo” — isso significa que, para cada espécie, identificamos qual orbital tem
máximo e calculamos para um elétron desse orbital.
Passo 3
- Z
16. Configuração eletrônica (forma curta):
. - O nível mais externo é
; os elétrons mais externos estão em e . Vou calcular para um elétron (um dos elétrons do nível mais externo). - Aplicando Slater para elétron
: - Elétrons no mesmo grupo
: há elétrons no grupo; excluindo o elétron considerado sobra elétrons que contribuem com cada: - Elétrons no nível
(ou seja ): há elétrons, cada um contribui com : - Elétrons mais internos (
e abaixo; aqui apenas ): elétrons, cada um contribui com : - Soma das contribuições:
- Cálculo da carga nuclear efetiva:
- Elétrons no mesmo grupo
Passo 4
- Z
22; íon tem elétrons. - Configuração eletrônica do íon:
- Átomo neutro Ti:
. - Ao formar
removem-se primeiro os elétrons , ficando:
.
- Átomo neutro Ti:
- O nível mais externo é
. Vou calcular para um elétron . - Para elétron
aplicam-se as regras de Slater para : - Outros elétrons no mesmo grupo
: há elétrons em ; excluindo o considerado sobra elétron, que contribui com : - Todos os elétrons em níveis com
(isto é, todas as camadas ) contam como cada. Contagem desses elétrons: (2) + (8) + (8) = elétrons: - Soma:
- Carga nuclear efetiva:
- Outros elétrons no mesmo grupo
Passo 5
- Z
27; íon tem elétrons. - Configuração eletrônica: átomo neutro Co:
. - Ao formar
remove-se primeiro um elétron ; estado habitual do íon é . Então considero .
- Ao formar
- O nível mais externo para este íon (na configuração adotada) é
. Vou calcular para um elétron . - Aplicando Slater para elétron
: - Outros elétrons no mesmo grupo
: há elétrons em ; excluindo o considerado sobra elétrons, cada uma com : - Todos os elétrons com
(camadas ): somam elétrons como no caso anterior, cada um com : - Soma:
- Carga nuclear efetiva:
- Outros elétrons no mesmo grupo
Passo 6
- Z
38; íon tem elétrons. - Configuração eletrônica:
- Átomo neutro Sr:
. - Ao formar
removem-se e fica-se com o gás nobre , ou seja:
.
- Átomo neutro Sr:
- O nível mais externo (maior
) presente em é com ; portanto o elétron mais externo típico é . Vou calcular para um elétron . - Aplicando Slater para elétron
(regra ): - Elétrons no mesmo grupo
: em há elétrons; excluindo o elétron considerado ficam elétrons, cada um com : - Elétrons no nível
: aqui temos , total elétrons; cada um contribui com : - Elétrons em níveis ainda mais internos (
e ): somam elétrons, cada um com : - Soma:
- Carga nuclear efetiva:
- Elétrons no mesmo grupo