Usando a notação spdf escreva as configurações eletrônicas para os átomos de cromo e de ferro, dois dos componentes principais do aço inoxidável.
Passo 1
O enunciado pede que eu escreva as configurações eletrônicas, em notação spdf, para os átomos de cromo e de ferro. Informações relevantes que vou usar (vindas da tabela periódica, consideradas dadas pelo enunciado): o número atômico do cromo é
, (portanto tem
elétrons) e o número atômico do ferro é
, (portanto tem
elétrons). Não há outras restrições no enunciado.
Passo 2
O que é “notação spdf” e como ler/escrever uma configuração eletrônica. Cada orbital é identificado por três coisas: o número quântico principal
(camada:
), a letra da subcamada (
) e o expoente que indica quantos elétrons ocupam essa subcamada. Por exemplo,
significa “na subcamada
há 2 elétrons”. Uma configuração completa lista as subcamadas em ordem de preenchimento (ou se usa a forma condensada com gás nobre, por exemplo
para os elétrons de núcleo equivalentes ao argônio).
Passo 3
Regras básicas que usamos para montar a configuração (explicadas de forma simples):
- Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo
elétrons com spins opostos. Assim um nível tem no máximo elétrons, até , até , até . - Regra de Hund (para orbitais degenerados, como os três
ou cinco ): maximize o número de elétrons desemparelhados com spins paralelos antes de emparelhar. Isso dá maior estabilidade por troca de spins. - Regra de Aufbau (ordem de preenchimento): enchemos subcamadas em ordem crescente de energia. Uma forma prática é usar a regra de
(quanto menor, mais baixo é o nível) e, em caso de empate, menor primeiro. Em termos práticos, a ordem de preenchimento que precisamos aqui é:
Obs.: a ordem escrita nem sempre reflete precisamente a energia em todos os átomos; especialmente para elementos de transição a energia relativa de
e
fica muito próxima, o que causa exceções.
Passo 4
Como montar na prática: preencho os elétrons seguindo a ordem acima até atingir o total
. Para simplificar contas, é comum usar a notação condensada com gás nobre:
representa
ou seja,
elétrons. Assim, para átomos com
eu escrevo primeiro
e depois acrescento os elétrons que sobram nas subcamadas
,
, etc.
Passo 5
Montagem da configuração do cromo (
). Contagem:
ocupa
elétrons, então faltam
elétrons a colocar nas subcamadas mais externas. Seguindo a ordem “esperada” encheríamos primeiro
com
elétrons e depois
com
, dando a configuração “preditiva”:
ou, em notação condensada,
No entanto, o cromo é um caso conhecido de exceção: experimentalmente verifica-se que a configuração real é acomodada para maximizar a estabilidade obtida por ter a subcamada
meio preenchida. Assim, um elétron do
passa para o
, resultando em:
Por que isso ocorre (explicação didática): a subcamada
tem cinco elétrons desemparelhados (um em cada um dos cinco orbitais
), o que dá ganho de energia de troca (exchange) e reduz a energia total do átomo comparado a ter
. Em linguagem simples: é energeticamente mais vantajoso ter um
meio cheio e um
com um elétron do que o contrário, porque o arranjo
maximiza spins paralelos e estabiliza o átomo. Portanto, a configuração observada do cromo é
.
Passo 6
Montagem da configuração do ferro (
). Contagem:
=
elétrons, faltam
elétrons. Seguindo a ordem usual, colocamos
(2 elétrons) e os
restantes vão para
, resultando em:
O ferro não apresenta a mesma exceção estabilizadora do cromo; a configuração
é a normalmente aceita e observada experimentalmente. Aqui a subcamada
não fica exatamente meio cheia ou totalmente cheia, então não há ganho suficiente para deslocar elétrons do
como em Cr.
Passo 7
Resumo prático para a hora da prova (dicas que funcionam):
- Use
como atalho para elétrons até quando . - Lembre a ordem básica
antes de para preenchimento, mas fique atento a exceções (principalmente cromo e cobre e vizinhos). - Se encontrar um elemento de transição com
ou na configuração “esperada”, pense em possíveis rearranjos para ou + ou . Ex.: Cr (d^4 → d^5) e Cu (d^9 → d^{10}).