25- Explique porquê a energia de um elétron do orbital 4 s(n=4) é menor que a energia de um elétron no orbital 3 d(n=3), sendo que no primeiro caso o valor do número quanto n é maior.

Passo 1

Vamos entender a questão: estamos comparando a energia de um elétron no orbital 4s (com número quântico principal n=4) com a energia de um elétron no orbital 3d (com n=3). Apesar de n=4 ser maior que n=3, descobriremos por que a energia no 4s é menor. Para resolver isso, vamos precisar dos conceitos de números quânticos, configuração eletrônica e energia dos orbitais.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o número quântico principal n indica o nível de energia de um elétron. Em geral, quanto maior o n, maior a energia do elétron. Mas isso é uma simplificação que se aplica principalmente a orbitais de mesma espécie.

Passo 3

No entanto, a energia real dos orbitais também depende do número quântico azimutal l, que está relacionado à forma do orbital. O orbital s tem l=0, enquanto o d tem l=2. Orbitais com menor l têm energia relativamente menor dentro do mesmo nível principal.

Passo 4

Além disso, estamos lidando com orbitais de diferentes níveis principais. O orbital 4s está no nível n=4 e o 3d está no nível n=3. Mesmo que o 4s tenha um número quântico principal maior, a energia do 4s pode ser menor devido à maior penetração e menor blindagem, que afetam como o elétron é atraído pelo núcleo.

Passo 5

A penetração refere-se à capacidade do elétron de estar mais perto do núcleo, experienciando uma atração nuclear mais forte. O orbital s tem maior penetração do que o d, o que faz com que o elétron 4s sinta uma atração mais forte do núcleo comparado ao elétron 3d.

Passo 6

A blindagem é o efeito dos elétrons internos reduzindo a atração do núcleo sobre os elétrons externos. No caso dos orbitais 4s e 3d, o elétron 4s está menos blindado que o 3d, permitindo que ele tenha uma energia mais baixa.

Resposta

Portanto, mesmo com n=4 sendo maior que n=3, a energia de um elétron no orbital 4s é menor que no orbital 3d devido à maior penetração e menor blindagem do orbital s, o que resulta em uma atração mais forte pelo núcleo e, consequentemente, em uma energia mais baixa.

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