Para os seguintes átomos: Na, Mg, N, S e F responda:
a) Quantos elétrons de valência existem em cada um dos átomos desses elementos?
b) Qual a ordem crescente de níveis de energia que estes elementos se encontram?
c) Quais os números quânticos para o último elétron na última subcamada de cada um deles?
d) Quantos elétrons emparelhados e desemparelhados existem na camada de valência de cada um desses átomos?

Passo 1

O enunciado pede para cinco átomos (Na, Mg, N, S e F):
  • (a) determinar o número de elétrons de valência em cada um;
  • (b) identificar em que subníveis (níveis de energia) esses elétrons de valência se encontram, e ordenar esses subníveis em ordem crescente de energia;
  • (c) dar os quatro números quânticos (n,ell,mell,ms) do último elétron que entra na subcamada de valência de cada átomo;
  • (d) contar quantos elétrons emparelhados e quantos desemparelhados existem na camada de valência de cada átomo.
Para isso vamos usar o conceito de configuração eletrônica (camadas e subcamadas), o princípio de Aufbau, a regra de Hund e a atribuição dos números quânticos.

Passo 2

(a) O número de elétrons de valência de um átomo de elemento principal de bloco s ou p é igual ao número de elétrons nas suas subcamadas mais externas. Usando a configuração eletrônica em notação condensada:
– Na: [Ne],3s^1 to 1 elétron de valência
– Mg: [Ne],3s^2 to 2 elétrons de valência
– N: [He],2s^2,2p^3 to 2+3=5 elétrons de valência
– S: [Ne],3s^2,3p^4 to 2+4=6 elétrons de valência
– F: [He],2s^2,2p^5 to 2+5=7 elétrons de valência

Passo 3

(b) Os elétrons de valência ocupam os seguintes subníveis (com principal quantum number n e azimutal ell):
– N e F: subnível 2p
– Na e Mg: subnível 3s
– S: subnível 3p
Em ordem crescente de energia dos subníveis (Aufbau):
2p < 3s < 3p

Passo 4

(c) Para cada átomo, partimos da última ocupação e atribuímos os quatro números quânticos do último elétron que entrou:
– Na: último elétron em 3s^1 to
n=3,;ell=0,;mell=0,;ms=+tfrac12
– Mg: último elétron em 3s^2 (segundo elétron do orbital) to
n=3,;ell=0,;mell=0,;ms=-tfrac12
– N: último elétron em 2p^3. Pelo princípio de Hund, os três primeiros elétrons vão em mell=-1,0,+1 com mesmo spin +tfrac12, então o terceiro (último) fica em mell=+1 com spin +tfrac12:
n=2,;ell=1,;mell=+1,;ms=+tfrac12
– S: último elétron em 3p^4. Os três primeiros ocupam mell=-1,0,+1 com spin +tfrac12; o quarto emparelha em mell=-1 com spin -tfrac12, logo:
n=3,;ell=1,;mell=-1,;ms=-tfrac12
– F: último elétron em 2p^5. Os cinco elétrons em 2p ocupam assim: dois em mell=-1 (par), dois em mell=0 (par) e um em mell=+1 (ímpar). O quinto é o segundo em mell=0 com spin -tfrac12:
n=2,;ell=1,;mell=0,;ms=-tfrac12

Passo 5

(d) Na contagem de elétrons emparelhados e desemparelhados na camada de valência, contamos todos os elétrons nas subcamadas s e p externas:
– Na ( 3s^1): 0 emparelhados, 1 desemparelhado
– Mg ( 3s^2): 2 emparelhados, 0 desemparelhados
– N ( 2s^2,2p^3): 2 emparelhados (no 2s), 3 desemparelhados (nos 3 orbitais 2p)
– S ( 3s^2,3p^4): 4 emparelhados ( 2 no 3s +2 no par de 3p), 2 desemparelhados
– F ( 2s^2,2p^5): 6 emparelhados ( 2 no 2s +4 no 2p), 1 desemparelhado

Resposta

(a) Na: 1; Mg: 2; N: 5; S: 6; F: 7.
(b) Ordem de subníveis de valência em ordem crescente de energia:
2p ;(N,F) < 3s ;(Na,Mg) < 3p ;(S)
(c) Último elétron:
– Na: (3,0,0,+tfrac12)
– Mg: (3,0,0,-tfrac12)
– N: (2,1,+1,+tfrac12)
– S: (3,1,-1,-tfrac12)
– F: (2,1,0,-tfrac12)
(d) Elétrons emparelhados / desemparelhados na valência:
– Na: 0 / 1
– Mg: 2 / 0
– N: 2 / 3
– S: 4 / 2
– F: 6 / 1

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