Química Geral
Professor Celso Rapaci
TOMO II
Configuração Eletrônica
INTRODUÇÃO
Neste capítulo aprenderemos como os elétrons estão
distribuídos na eletrosfera do átomo, em diferentes
níveis e subníveis de energia.
Aprenderemos ainda o conceito de orbital e de spin
eletrônico, completando os conhecimentos necessários
para o entendimento do Princípio de Pauli, da Regra de
Hund e dos Números Quânticos.
A forma exposta na figura anterior é de dificil
memorização, porém uma forma simples e de fácil
aplicação esta exoposta a seguir, é o chamado
Diagrama de Linus Pauling.
INÍCIO
DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA
Ainda no início do século XX o Químico Linus Pauling,
determinou experimentalmente que os subníveis de
energia ordenam-se da seguinte forma, com relação à
quantidade de energia agregada.
Diagrama de Linus Pauling
Para completar o procedimento segue abaixo o número
máximo de elétrons que cada subnível pode abrigar.
Subnível
No Máximo
de Elétrons
s
2
p
6
d
10
f
14
O número sobrescrito logo após o subnível de energia
indica o número de elétrons que este contém.
Por exemplo:
Ordem Energética dos Subníveis de Energia
4d5 Æ cinco elétrons no subnível 5d
3p6 Æ seis elétrons no subnível 3p
Em se sabendo que OS ELÉTRONS OCUPAM
PRIMEIRO OS SUBNÍVEIS DE MENOR ENERGIA,
Linus Pauling determinou a ordem de preenchimento
dos orbitais.
Notemos que ocorrem alguma inversões na ordem
intuitiva de preenchimento, observe que os elétrons
ocupam primeiero o subnível 4s para só depois
ocuparem o subnível 3d.
1
É fundamental que o aluno saiba como usr o Diagrama
anterior, e ainda memorize a forma de contruí-lo pois no
dia do Vestibular este não será fornecido.
Observe os exemplos de Distribuição Eletrônica dos
átomos neutros em seu Estado Fundamental*1.
FORMA DOS SUBNÍVEIS
A forma com que os orbitais se distribuem
espacialmente é bastante diferente de um subníve para
outro.
Observemos abaixo a forma geométrica dos orbitais.
Æ 1s2 2s2 2p6 3s1
2
2
6
2
6
2
10
4p5
35Br Æ 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
11Na
*1 – Diz-se que os elétrons estão em seu Estado
Fundamental quando a distribuição eletrônica segue
exatamente o Diagrama de Linus Pauling, garantindo
que cada elétron ocupe a posição de menor energia
que lhe é permitida.
ORBITAL
O orbital eletrônico pode ser encarado como mais uma
subdivisão da eletrosfera, ou seja, dizemos que “um
subnível de energia divide-se em orbitais”.
Completando temos que:
EM CADA ORBITAL CABEM,
NO MAXIMO, DOIS ELÉTRONS.
Observemos a representação gráfica de cada subnível
em função dos orbitais que o formam:
Subnível
Representação (1) - bolinhas
s
p
Forma dos Orbitais
Na figura acima temos orbitais atômicos (1s, 2p, 3d, 4f)
e orbitais moleculares (σs-s, σp-p e πp-p). De forma
bastante simples dizemos que:
ORBITAIS MOLECULARES SÃO FORMADOS
QUANDO HÁ A FORMAÇÃO DE MOLÉCULAS
ATRAVÉS DE UMA LIGAÇÃO QUÍMICA.
ou seja, orbitais atômicos pertencem a átomos e
orbitais moleculares a moléculas (conjunto de átomos).
Não nos aprofundaremos mais por, aguardemos o
tópico de Ligações Químicas, por vir.
d
Mostremos a seguir, em detalhe os orbitais atômicos de
interesse imediato.
f
Subnível
Representação (2) - retângulos
s
Orbital 1s
p
d
Orbital 2p
f
Notemos que:
- o subnível s posui somente um orbital
- o subnível p apresenta três orbitais
- o subnível d e f apresentam, respectivamente, cinco
e sete orbitais.
2
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CASD Vestibulares
No entanto o subnível p apresenta três orbitais,
notemos a distribuição espacial desses três orbitais.
Orientação Espacial dos Orbitais 2p
Modelo do Spin eletrônico
Temos de informação notável:
- o orbital 1s tem simetria esférica
- temos três orbitais 2p, cada um orientado por um eixo
coordenado (x, y e z).
- apesar de possuirem naturezas distintas, tanto um
orbital 1s quanto um 2p contém no máximo 2 elétrons.
Entendido o conceito de SPIN, enunciemos o Princípio
da Exclusão de Pauli e em seguida a Regra de Hund,
que serão nossos guias no procedimento sistemático
de determinação de Configuração Eletrônica por
Orbitais.
Notemos a diferença de se dizer:
UM SUBNÍVEL 2p AGREGA ATÉ 6 ELÉTRONS, e
UM ORBITAL 2p AGREGA ATÉ 2 ELÉTRONS!
PRINCÍPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI: dois elétrons
só ocupam o mesmo orbital se possuírem spins
opostos.
REGRA DE HUND: elétrons tendem a ocupar orbitais
vazios, ou seja, um subnível só possui dois elétrons em
um mesmo orbital no momento em que todos os
orbitais ja receberam um elétron.
Observe as distribuições abaixo:
2
2
6
1
11Na Æ 1s 2s 2p 3s
DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA
ORBITAIS e o conceito de SPIN:
EM
3s1
35Br
A distribuição dos elétrons em orbitais é tão simples
quanto as formas antecessoras, é como andar de
bicicleta! Só se aprende tentando, e depois de
aprendido NUNCA mais se esquece.
Mas antes de subirmos em nossa bike irada! Temos de
conhecer o conceito de SPIN.
Não é intuitivo que dois elétrons (enfatizemos que
ambos possuem carga elétrica negativa) consigam de
forma agradável permanecer em um mesmo orbital
uma vez que há uma força de repulsão que tenderia a
afastá-los. Neste contexto e que surge o SPIN do
elétron.
Spin é a característica do elétron de se comportar como
um ímã, devido a sua rotação ao redor de seu próprio
eixo. Temos então somente duas possibilidades,
rotação pra um lado com spin positivo e rotação para
outro lado com spin negativo!
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Æ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
4p5
Acima temos descrita a Configuração Eletrônica para o
“último” Subnível de Energia, dito SUBNÍVEL DE
DIFERENCIAÇÃO pois é o mais energético de todo o
átomo.
Mas por quê?
Pense, tente, faça um cursinho diferente!
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3
Número Quântico de Spin:
NÚMEROS QUÂNTICOS:
De maneira MUITO informal podemos dizer que os
Números Quânticos são o “endereço do elétron”, são
um conjunto de quatro números que descrevem a
energia do elétron no átomo.
Dividem-se em:
- Número Quântico Principal
- Número Quântico Secundário
- Número Quântico Magnético
- Número Quântico de Spin
Representado pela letra “S”, indica o spin do elétron, ou
seja indica se o tal elétron é o primeiro o ocupar o
orbital ou é o segundo.
O Spin do elétron pode valer + ½ ou – ½. Nenhum
outro valor é possível.
Exemplos:
Forneça o conjunto de números quânticos para o
elétron de diferenciação dos seguintes átomos (Adote
que o primeiro elétron a ocupar o orbital terá Spin
Negativo):
11Na
Número Quântico Principal:
0
Representado pela letra “N”, indica o nível de energia
em que o elétron está.
- N = 1, primeiro nível de energia
- N = 2, segundo nível de energia
3s1
35Br
Número Quântico Secundário:
Representado pela letra “L”, indica o subnível de
energia em que o elétron está, e consequentemente a
forma do orbital.
Subnível
L
s
0
p
1
d
2
f
3
Note que não basta se lembrar da letra que caracteriza
o subnível, devemos lembrar também o Número
Quântico Secundário que o caracteriza.
Como regra geral temos:
76Os
0 ≤ L ≤ N −1
Representado pela letra “M”, indica o orbital em que o
elétron esta dentro do subnível descrito pelo número
quântico secundário.
Como regra geral temos:
−L ≤ M ≤ + L
Observe a seguir a caracterização de cada orbital nos
subníveis de interesse.
0
4
Æ
Æ
1s2 2s2 2p6 3s1
N=3
L=0
M=0
S=–½
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
–1 ; 0 ; +1
N=4
L=1
M = +1
S=–½
4p5
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2
4f14 5d6
–2 ; –1 ; 0 ; +1 ; +2
N=5
L=2
M = –2
S
=+½
5d6
Quando não é fornecida convenção para o spin do
elétron aconselha-se usar o valor ± ½.
Número Quântico Magnético:
–3
Æ
Princípio
da
Heisenberg:
Incerteza
de
Modernamente adota-se o conceito MecânicoOndulatório para o elétron, o que nos remete ao
Princípio da Incerteza, que pode ser enunciado da
seguinte forma:
NÃO É POSSÍVEL DETERMINAR COM PRECISÃO A
VELOCIDADE E A POSIÇÃO DO ELÉTRON EM UM
MESMO INSTANTE DE TEMPO
–1
0
+1
–2
–1
0
+1
+2
–2
–1
0
+1
+2
+3
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34Se
Æ1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4 (Ordem Energética)
a
A forma acima, como ja vimos exaustivametne, trata da
ordenação dos elétrons de acordo com Energias
Crescentes, então trata-se da Ordem Energética.
CAMADA DE VALÊNCIA É O NÍVEL DE ENERGIA
(CAMADA) MAIS EXTERNO NA ELETROSFERA DO
ÁTOMO.
A Ordem Geométrica traz os elétrons em ordem
crescente de distância do núcleo:
2
2
6
2
6
10
4s2 4p4 (Ordem Geométrica)
34Se Æ1s 2s 2p 3s 3p 3d
Camada
de
Valência
e
Configuração Eletrônica de Íons:
Para nossos átomos-exemplo, o Sódio e o Bromo
temos:
2
2
6
1
11Na Æ 1s 2s 2p 3s
1s2
2s2 2p6
3s1
onde identifica-se o 3º Nível de Energia como “Camada
de Valência”
35Br
EXERCÍCIOS:
Æ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
1s2
2s2 2p6
3s2 3p6 3d10
4s2 4p5
Para se determinar a Distribuição eletrônica de Íons,
basta retirar-se elétrons (no caso de Cátions) ou
adicionar-se (no caso de 6Anions) A PARTIR DA
CAMADA DE VALÊNCIA.
Observemos o exemplo que segue:
Ca2+ Æ (Configuração Eletrônica do átomo neutro) – 2e–
Æ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
Retirando-se 2 elétrons a partir da camada de
valência temos:
2+
Æ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
20Ca
20Ca
ORDEM ENERGÉTICA
GEOMÉTRICA
E
ORDEM
É importante percebermos que os elétrons estão
ordenados no átomos de acordo com suas ENERGIAS
CRESCENTES, e não distância do núcleo crescente.
Quando os elétrons estão ordenados de acordo com
Energias Crescentes trata-se da Ordem Energética.
Enquanto que quando de acordo com Distância do
Núcleo crescentes diz-se Ordem Geométrica. No
entanto vale lembrar que a ordem de energia é que
rege a acomodação dos elétrons na eletrosfera do
átomo.
Exemplo:
CASD Vestibulares
1-) Forneça a configuraçao eletrônica por subníveis dos
seguintes átomos neutros no Estado Fundamental.
(Lembre-se de não consultar o Diagrama de Linus
Pauling, você deve memorizá-lo AGORA!)
a-) 5B Æ
b-) 12Mg Æ
c-) 33As Æ
d-) 10Ne Æ
e-) 52Te Æ
f-) 37Rb Æ
g-) 84Po Æ
h-) 64Gd Æ
i-) 26Fe Æ
2-) Determine o Número Atômicos dos seguintes
átomos neutros em seu Estado Fundamental com
elétron de diferenciação nos subníveis:
a-) 3s2 (11Na)
b-) 5p3 (49In)
c-) 5d10 (48Cd)
d-) 3p5 (17Cl)
e-) 4d1 (39Y)
3-) Determine o conjunto de números quânticos do
elétron de diferenciação dos seguintes átomos neutros
em seu Estado Fundamental.
a-) 52Te Æ
b-) 67Ho Æ
c-) 8O Æ
d-) 55Cs Æ
e-) 78Pt Æ
f-) 31Ga Æ
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5
4-) (VUNESP) Um átomo tem número de massa 31 e
16 nêutrons. Qual é o número de elétrons de seu nível
mais externo?
a-) 2
b-) 4
c-) 5
d-) 3
e-) 8
5-) (ESPCEX – 1996) Um átomo de número de massa
86 apresenta oito orbitais em subnível d. Portanto, o
seu número de nêutrons é:
a-) 42
b-) 44
c-) 45
d-) 47
e-) 64
6-) (IME – 2000 - Modificada) Para um possível
elemento X de nº atômico Z = 119, determine:
a-) sua configuração eletrônica por níveis e subníveis
mais provável;
b-) os valores dos números quânticos principal,
secundário e magnético do último elétron;
d-) sua configuração eletrônica supondo que o número
quântico de spin possa assumir os valores 1/2, 0 ou 1/2, mantendo-se inalteradas as regras que governam
tanto os valores dos outros números quânticos quanto a
ordem de preenchimento dos subníveis.
7-) .(UFPB – 1995) Especifique os números quânticos
do último elétron representado por 5d4.
8-) Esquematize os subníveis de maior energia dos
átomos cujos elétrons de diferenciação apresentam os
seguintes números quânticos:
a-) n = 5; L = 0; m = 0; s = - ½
b-) n = 6; L = 0; m = 0; s = + ½
c-) n = 4; L = 2; m = +1; s = - ½
d-) n = 6; L = 1; m = 1; s = + ½
e-) n = 3; L = 2; m = 1; s = - ½
9-) (UMC-SP) A transformação do átomo neutro Ca0 no
cátion Ca2+ dá-se quando esse átomo:
a-) adquire 2 prótons.
b-) perde 2 prótons.
c-) perde 2 elétrons.
d-) adquire 2 nêutrons.
e-) adquire 2 elétrons
12-) (VUNESP) Dentre as alternativas abaixo, indique a
que contém a afirmação correta:
a-) Dois átomos que possuem o mesmo número de
nêutrons pertencem ao mesmo elemento químico.
b-) Dois átomos com mesmo número de elétrons em
suas camadas de valência pertencem ao mesmo
elemento químico.
c-) Dois átomos que possuem o mesmo número de
prótons pertencem ao mesmo elemento químico.
d-) Dois átomos que possuem o mesmo número de
massa são isótopos.
e-) Dois átomos com iguais números de massa são
alótropos.
13-) (UFPI) Assinale a alternativa que representa um
conjunto de números quânticos permitido:
a-) n = 3; L = 0; m = 1; s = + ½
b-) n = 3; L = 2; m = 1; s = + ½
c-) n = 3; L = 3; m = 0; s = + ½
d-) n = 3; L = 4; m = 1; s = + ½
e-) n = 4; L = 0; m = 3; s = – ½
14-) (FESP-SP) Em relação ao íons férrico (Fe3+) no
estado fundamental, é correto afirmar que: (Fe (Z = 26).
a-) ele apresenta apenas 24 elétrons distribuídos em
seus orbitais.
b-) ele apresenta cinco elétrons desemparelhados
ocupando, cada um, um orbital “d’”.
c-) ele apresenta dois elétrons no orbital 4s e três
elétrons distribuídos em orbitais “d”.
d-) ele apresenta seis elétrons distribuidos segundo a
Regra de Hund em orbitais “d”.
e-) so elétrons removidos para a formaçãp do íon foram
todos retirados do terceiro nível de energia.
15-) (IME - 1999) Alguns elementos apresentam
irregularidades na sua distribuição eletrônica já que as
configurações d5, d10, f7 e f14 são muito estáveis. Por
exemplo, o Cu (Z=29), em vez de apresentar a
distribuição 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9, apresenta 1s2
2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10. Determine os 4 números
quânticos do elétron mais externo da prata (Z = 47)
sabendo que o mesmo tipo de irregularidade ocorre
para este elemento.
10-) (UFSE) Dentre os elementos seguintes qual o que
apresenta 16 elétrons no terceiro nível energético?
a-) 16S
b-) 28Ni
c-) 30Zn
d-) 35Br
e-) 40Zr
11-) (CESGRANRIO) Assinale o número atômico do
átomo cuja configuração eletrônica no estado
fundamental é [18Ar] 3d5 4s2:
a-) 17
b-) 32
c-) 23
d-) 24
e-) 25
6
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CASD Vestibulares
9-) C
10-) A
11-) E
12-) C
13-) B
14-) B
GABARITO:
1-) a-) 1s2 2s2 2p1
b-) 1s2 2s2 2p6 3s2
c-) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
d-) 1s2 2s2 2p6
e-) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p2
f-) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1
g-) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
5d10 6p4
h-) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f8
i-) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
2-)
a-) 11Na
c-)48Cd
e-) 39Y
3-)
a-) 5p4 Æ 5; 1 ; –1 ; + ½
b-) 4f14 Æ 4 ; 3 ; 0 ; + ½
c-) 2p4 Æ 2 ; 1 ; –1 ; +½
d-) 6s1 Æ 6 ; 0 ; 0 ; – ½
e-) 5d8 Æ 5 ; 2 ; 0 ; + ½
f-) 4p1 Æ 4 ; 1 ; –1 ; – ½
4-) C
b-) 49In
d-) 17Cl
15-) A distribuição eletrônica da prata (Z = 47) é
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d9
Entretanto, devido a estabilidade da configuração d10, a
distribuição real é:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10
O elétron mais externo, está no subnível 5s1, logo os
números quânticos são:
- Número Quântico Principal:
n=5
- Número Quântico Secundário
l=0
- Número Quântico Magnético
m=0
- Número Quântico Spin
s = -1/2
(utilizou-se a convenção -½,para elétron isolado no
orbital.)
5-) C
6-) a-) 119X – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10
5p6 6s2 4f1 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6 8s1
b-) O último elétron está no 8s1
N = 8; L = 0; M = 0; S = ± ½
d-) Com a suposição de que os spins podem valer +½,
0, – ½, então existiriam 3 elétrons por orbital. Com
isso:
Então, a configuração seria: 1s2 2s3 2p9 3s3 3p9 4s3 3d15
4p9 5s3 4d15 5p9 6s3 4f21 5d14, em um total de 119
elétrons.
7-) 5 ; 2 ; +1 ; – ½
8-)
a-) 5s1
b-) 6s2
c-) 4d4
d-) 6p6
e-) 3d4
CASD Vestibulares
Química Geral
7