Sobre os íons
, responda:
a)
A distribuição eletrônica de cada espécie.
b)
A quantidade de elétrons, prótons e nêutrons de cada espécie?
c)
Os quatro números quânticos do elétron mais externo e quais destes íons são paramagnéticos e quais são diamagnéticos?
a)
b)
c)
Passo 1
O enunciado pede três coisas para as espécies
e
:\n
a) A distribuição eletrônica (configuração eletrônica) de cada espécie.\n
b) A quantidade de elétrons, prótons e nêutrons de cada espécie.\n
c) Os quatro números quânticos do elétron mais externo de cada íon e indicar quais íons são paramagnéticos ou diamagnéticos.\n
Informações dadas explicitamente no enunciado (vou listar para ficar claro):\n
a)
b)
c)
Informações dadas explicitamente no enunciado (vou listar para ficar claro):\n
- Para manganês: o símbolo isotópico é
, então o número atômico é , o número de massa é e a carga é .\n - Para cloro: o símbolo isotópico é
, então o número atômico é , o número de massa é e a carga é .\n
Passo 2
Contando prótons, elétrons e nêutrons: explicação e cálculo passo a passo.\n
Primeiro, regra geral:\n
Primeiro, regra geral:\n
- O número de prótons é o número atômico
.\n - O número de nêutrons é
, onde é o número de massa.\n - O número de elétrons é
menos a carga (se a carga é positiva, perde elétrons; se negativa, ganha elétrons). Mais precisamente, elétrons se a carga for escrita como (isto dá ); para carga negativa dá .\n
Agora aplicando ao manganês:\n - Prótons:
prótons .\n - Nêutrons:
nêutrons .\n - Elétrons: carga
elétrons elétrons .\n
Agora aplicando ao cloro:\n - Prótons:
prótons .\n - Nêutrons:
nêutrons .\n - Elétrons: carga
elétrons elétrons .\n
Passo 3
Como obter as configurações eletrônicas — regras básicas (mini-aula): Aufbau, ordem de preenchimento, Pauli e Hund, e detalhe para íons de metais de transição.\n
- Ordem de energia usual (a regra prática que usamos para preencher):\n
- Princípios:\n
- Princípio de Aufbau: preenchemos orbitais de menor energia primeiro.\n
- Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos; os números quânticos
, , , não podem coincidir para dois elétrons.\n - Regra de Hund: em orbitais degenerados (por ex. os três
ou cinco ), preenche-se primeiro com elétrons desemparelhados com spins paralelos antes de emparelhar.\n
- Observação importante para cátions de metais de transição: quando se forma um íon positivo, os elétrons são removidos primeiro dos orbitais
com número quântico principal mais alto (por ex. ) e só depois dos . Assim, por exemplo, para os primeiros metais de transição, ao fazer removem-se os elétrons do .\n
Passo 4
Determinar a configuração eletrônica de cada espécie, passo a passo e com justificativa.\n
Para :\n
Para
- Primeiro a configuração do átomo neutro
(Z=25). Seguindo a ordem:\n
Expliquei:
representa a configuração do gás nobre de argônio (os níveis até
). Depois vêm
e
— Mn tem 25 elétrons, que se distribuem assim.\n
- Agora o íon
: perdemos dois elétrons. Segundo a observação acima, remove-se primeiro de . Então retiramos os dois elétrons de , ficando:\n
Portanto a distribuição eletrônica do
é
.\n
Para :\n
Para
- Átomo neutro
(Z=17):\n
- Íon
(ganha 1 elétron): adicionamos um elétron ao orbital , completando-o:\n
Mas note que
é idêntico a
(a configuração do argônio). Então podemos escrever:\n
Passo 5
Checagem rápida: número de elétrons na configuração deve bater com o número calculado antes.\n
-
tem . corresponde a elétrons (até o argônio) e mais do totalizam elétrons — confere com o cálculo de elétrons .\n -
tem , que é elétrons — confere com o cálculo .\n
Passo 6
Números quânticos do elétron mais externo — explicação do que são e escolha do elétron mais externo.\n
Definições rápidas:\n
Definições rápidas:\n
-
(número quântico principal): indica a camada (energia principal). Valores .\n -
(número quântico azimutal): indica o tipo de subnível: para , para , para , etc.\n -
(número quântico magnético): indica a orientação do orbital; para um dado , varia entre .\n -
(spin): pode ser ou .\n
Como escolhemos “o elétron mais externo”? Escolhemos um elétron que pertence ao orbital de maiorocupado (a camada valente). Se há vários elétrons equivalentes (por exemplo vários elétrons ), escolhemos um deles e damos seus números quânticos compatíveis com Hund/Pauli.\n
Agora os casos:\n - Para
a configuração é . A camada com maior ocupada é (os elétrons externos estão em ). Para um elétron em orbital :\n
Os cinco elétrons
ocupam os cinco orbitais
cada um com um elétron (regra de Hund), todos com spins paralelos. Então escolhemos um desses elétrons, por exemplo o que ocupa
, e por Hund ele terá spin
. Assim uma escolha válida dos quatro números quânticos do elétron mais externo de
é:\n
- Para
a configuração é equivalente a . A camada mais externa tem e o subnível externo é totalmente preenchido. Para um elétron em :\n
No
os três orbitais
estão ocupados por pares de elétrons com spins opostos. Podemos escolher um dos elétrons do orbital
, por exemplo; esse elétron terá spin
(o par do outro teria
). Então uma escolha válida é:\n
Observação: em átomos com orbitais preenchidos, qualquer escolha de um elétron “mais externo” resulta em pares, e para propriedade magnética interessa se há elétrons desemparelhados ou não (ver próximo passo).\n
Passo 7
Paramagnetismo vs diamagnetismo — explicação curta e aplicação.\n
- Paramagnético: possui elétrons desemparelhados; é atraído por campo magnético.\n- Diamagnético: todos os elétrons estão emparelhados; é ligeiramente repelido por campo magnético.\n
Aplicando aos nossos íons:\n -
com configuração tem cinco elétrons desemparelhados (um em cada orbital ). Logo é paramagnético.\n -
com configuração (completa) tem todos os elétrons emparelhados. Logo é diamagnético.\n
Resposta
a)
.\n
b) elétrons
, prótons
, nêutrons
\quad;\quad
elétrons
, prótons
, nêutrons
.\n
c) , paramagnético;
, diamagnético.
b)
c)