Usando somente a tabela periódica e a distribuição eletrônica dos elementos, determine os orbitais de valência dos elementos: \mathrm{C}, \mathrm{P}, \mathrm{Cr}, \mathrm{As}, \mathrm{Sr} e Cu .

Passo 1

O que o enunciado pede: determinar os orbitais de valência dos elementos \mathrm{C},\\ \mathrm{P},\\ \mathrm{Cr},\\ \mathrm{As},\\ \mathrm{Sr} e \mathrm{Cu}, usando apenas a tabela periódica e a distribuição eletrônica.
Informações que temos (do enunciado): a lista dos elementos acima e que podemos usar a distribuição eletrônica (configurações eletrônicas) e a tabela periódica. Nada mais foi dado.

Passo 2

O que são “orbitais de valência” (explicação didática e sem pular etapas).
  • Intuição: valência é a camada/órbitais que participam em ligações químicas e reagem. São os elétrons mais externos.
  • Regra prática (para resolver provas rapidamente usando a tabela periódica):
    • Para elementos do bloco s e p (os chamados elementos do grupo principal), os orbitais de valência são os orbitais com o maior número quântico principal n que aparecem na configuração — tipicamente os orbitais n s e n p. Ex.: para um elemento do 3º período e bloco p, os orbitais de valência serão 3s e 3p.
    • Para metais de transição (bloco d), além do orbital n s do período mais externo, os orbitais (n-1)d também costumam ser considerados orbitais de valência, porque os elétrons d podem participar de ligações/complexos. Assim, para um átomo no 4º período bloco d, valência ≈ 4s e 3d.
  • Observação sobre elétrons completamente preenchidos em níveis mais internos (ex.: 3d^{10} em elementos do 4º período p): esses d podem estar mais internos e às vezes são considerados “camada interna”. Mas para metais de transição (e também para química de complexos) trata-se d como potencialmente de valência. Vou aplicar a convenção prática: considerar (n-1)d e n s como valência para elementos de transição; para elementos do grupo principal considerar apenas n s e n p.

Passo 3

Como obter a configuração eletrônica rápida pela tabela periódica (passo a passo prático):
  1. Identifique o número atômico Z (número de elétrons).
  2. Preencha orbitais seguindo o empilhamento habitual: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, … (esta ordem é a que a tabela periódica reflete).
  3. Use notação com gás nobre para encurtar quando conveniente: por exemplo, [Ar] representa a configuração do argônio 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6.
  4. Atenção às exceções famosas: \mathrm{Cr} e \mathrm{Cu} têm configurações estáveis que favorecem meia-banda ou banda cheia de d: \mathrm{Cr}:\\ [Ar]\\\ 4s^1 3d^5 e \mathrm{Cu}:\\ [Ar]\\\ 4s^1 3d^{10}. Essas exceções são por ganho de estabilidade (troca/energia de emparelhamento) — memorize-as para provas.

Passo 4

Determinação para \mathrm{C} (carbono, Z=6):
  • Montando a configuração: os primeiros 6 elétrons ocupam 1s^2 2s^2 2p^2. Em notação completa: \;1s^2\\\ 2s^2\\\ 2p^2.
  • Qual é o maior n presente? n=2. Orbitais com esse n: 2s e 2p.
  • Conclusão: orbitais de valência de \mathrm{C} são 2s e 2p.

Passo 5

Determinação para \mathrm{P} (fósforo, Z=15):
  • Configuração completa: \;1s^2\\\ 2s^2\\\ 2p^6\\\ 3s^2\\\ 3p^3. Em forma compacta: \;[Ne]\\\ 3s^2 3p^3 (mas coloquei a longa para ver os níveis).
  • Maior n presente: n=3. Orbitais com n=3: 3s e 3p.
  • Conclusão: orbitais de valência de \mathrm{P} são 3s e 3p.

Passo 6

Determinação para \mathrm{Cr} (cromo, Z=24) — caso especial:
  • A configuração “padrão” pela ordem seria terminar 4s^2 3d^4, mas a configuração real e estável é a exceção: \;[Ar]\\\ 4s^1 3d^5. Vou mostrar isso explicitamente porque é importante em provas.
  • Quais orbitais considerar como valência? Para metais de transição do 4º período, consideramos tanto 4s quanto 3d como orbitais de valência (pois elétrons 3d participam em ligações e química de complexos).
  • Conclusão: orbitais de valência de \mathrm{Cr} são 4s e 3d.

Passo 7

Determinação para \mathrm{As} (arsênio, Z=33):
  • Configuração completa: \;[Ar]\\\ 4s^2 3d^{10} 4p^3. (Aqui estou usando que [Ar] cobre os primeiros 18 elétrons.) Observe que os 3d^{10} já estão completamente preenchidos.
  • Qual é o maior n? n=4. Orbitais de n=4 presentes: 4s e 4p.
  • Observação: apesar de existir 3d^{10}, para um elemento do bloco p como \mathrm{As} consideramos os orbitais de valência como 4s e 4p — os 3d preenchidos ficam mais internos e são geralmente tratados como parte do núcleo eletrônico para química do grupo principal.
  • Conclusão: orbitais de valência de \mathrm{As} são 4s e 4p.

Passo 8

Determinação para \mathrm{Sr} (estrôncio, Z=38):
  • Estrôncio está no 5º período, bloco s, grupo 2 (metal alcalino-terroso). Configuração: \;[Kr]\\\ 5s^2.
  • Maior n presente é n=5 e o único orbital externo ocupado é 5s. (Os orbitais 4d não são ocupados no Sr neutro.)
  • Conclusão: orbita l de valência de \mathrm{Sr} é 5s (apenas esse orbital).

Passo 9

Determinação para \mathrm{Cu} (cobre, Z=29) — outro caso especial:
  • Configuração real (exceção): \;[Ar]\\\ 4s^1 3d^{10}. Apesar de parecer que 4s está com 1 elétron, os 3d^{10} estão cheios.
  • Para metais de transição consideramos tanto 4s quanto 3d como orbitais de valência (porque os elétrons 3d podem participar da química). Mesmo que o 3d esteja completo, é um orbital de valência potencial.
  • Conclusão: orbitais de valência de \mathrm{Cu} são 4s e 3d.

Passo 10

Resumo/recapitulando a regra aplicada em cada caso (rápido e amigável):
  • Elementos do bloco p e s: valência = orbitais n s e n p do maior n.
  • Metais de transição do 4º período: valência = 4s e 3d (aplicado a \mathrm{Cr} e \mathrm{Cu}).
  • Lembre-se de memorizar exceções como \mathrm{Cr} e \mathrm{Cu} para provas — elas alteram a distribuição 4s vs 3d, mas não a conclusão de quais orbitais são de valência (ainda são 4s e 3d).

Resposta

\mathrm{C}:\\\ 2s,\\\ 2p
\mathrm{P}:\\\ 3s,\\\ 3p
\mathrm{Cr}:\\\ 4s,\\\ 3d
\mathrm{As}:\\\ 4s,\\\ 4p
\mathrm{Sr}:\\\ 5s
\mathrm{Cu}:\\\ 4s,\\\ 3d

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