No átomo de hidrogênio os orbitais 3 s e 3 p possuem energias idênticas, porém no átomo de cloro o orbital 3 s possui energia menor que o orbital 3 p. Explique.

Passo 1

Resumo do Enunciado e Conteúdo:
O exercício nos pergunta por que, no átomo de hidrogênio, os orbitais e têm a mesma energia, enquanto no átomo de cloro, o orbital tem energia menor que o orbital . Vamos abordar conceitos de estruturas eletrônicas, níveis de energia e efeitos de blindagem para entender essa diferença.

Passo 2

Entendendo os Orbitais:
Primeiro, precisamos saber que os orbitais e são regiões ao redor do núcleo onde os elétrons têm maior probabilidade de serem encontrados. Os orbitais têm forma esférica, enquanto os têm forma de halteres.

Passo 3

Energia dos Orbitais no Hidrogênio:
No átomo de hidrogênio, que tem apenas um próton no núcleo e um elétron, os níveis de energia dependem apenas do número quântico principal . Isso significa que para um dado , todos os orbitais , , , etc., têm a mesma energia. Por isso, e são degenerados (têm a mesma energia).

Passo 4

Introduzindo o Átomo de Cloro:
O cloro tem mais prótons no núcleo e mais elétrons ao redor. Isso faz com que os elétrons experimentem uma carga nuclear efetiva maior e efeitos de blindagem mais significativos.

Passo 5

Efeito da Blindagem:
A blindagem ocorre porque os elétrons internos reduzem a atração que os elétrons externos sentem do núcleo. No cloro, os elétrons nos orbitais são mais eficazes em blindar os elétrons , porque os orbitais têm uma maior densidade eletrônica próxima ao núcleo.

Passo 6

Energia dos Orbitais no Cloro:
Devido à melhor blindagem dos elétrons , os elétrons nos orbitais ficam mais atraídos pelo núcleo e têm menor energia comparados aos orbitais , que são menos blindados. Assim, no cloro, o orbital tem energia menor que o orbital .

Resposta

No átomo de hidrogênio, os orbitais e têm a mesma energia porque dependem apenas do nível quântico . Já no cloro, devido à maior quantidade de elétrons que causam blindagem, o orbital é mais bem blindado e, portanto, tem energia menor que o orbital .

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