Considere um átomo de N, isolado, no estado fundamental: (a) Qual é a sua configuração eletrônica? (b) Compare as energias dos três elétrons p. © Como poderiam ser modificadas estas energias se duas cargas negativas se aproximassem do átomo, cada uma em direção ao longo do eixo z (na concepção dos orbitais atômicos orientados e localizados)? Se quatro cargas negativas se aproximassem do átomo ao longo dos eixos z e y, como modificariam as energias dos orbitais?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre o átomo de nitrogênio (N) no estado fundamental. A gente vai precisar conhecer sobre configuração eletrônica, níveis de energia dos orbitais p e como campos elétricos externos, como cargas negativas se aproximando, podem influenciar essas energias. Vamos abordar cada parte do exercício passo a passo.
Passo 2
Parte (a): Qual é a configuração eletrônica do nitrogênio no estado fundamental?
Primeiro, vamos lembrar que a configuração eletrônica descreve como os elétrons estão distribuídos nos diferentes níveis e subníveis de energia de um átomo. O nitrogênio tem número atômico 7, ou seja, 7 elétrons.
Começamos preenchendo os orbitais na ordem de menor energia para maior:
- 1s²: Os dois primeiros elétrons vão para o orbital 1s.
- 2s²: Os próximos dois elétrons enchem o orbital 2s.
- 2p³: Os últimos três elétrons vão para os orbitais 2p.
Então, a configuração eletrônica do nitrogênio no estado fundamental é:
Passo 3
Parte (b): Compare as energias dos três elétrons p.
Os orbitais p têm três orientações espaciais diferentes, geralmente chamadas de $ p_x $, $ p_y $ e $ p_z $. No estado fundamental, os elétrons ocupam esses orbitais de forma que cada um deles recebe um elétron antes de qualquer par ser formado, seguindo o princípio de Hund.
Como os três elétrons p estão em orbitais equivalentes ($ p_x $, $ p_y $ e $ p_z $), eles têm a mesma energia. Isso significa que as energias dos três elétrons p são iguais no estado fundamental do nitrogênio.
Passo 4
Parte ©: Como as energias dos orbitais seriam modificadas se duas cargas negativas se aproximassem do átomo, cada uma ao longo do eixo z? E se quatro cargas negativas se aproximassem ao longo dos eixos z e y?
Quando cargas negativas se aproximam de um átomo, elas criam um campo elétrico que pode afetar a distribuição eletrônica do átomo. Esse campo pode alterar as energias dos orbitais de diferentes maneiras, dependendo da direção de aproximação das cargas.
-
Duas cargas negativas ao longo do eixo z:Com duas cargas negativas se aproximando ao longo do eixo z, os orbitais que estão alinhados nessa direção ($ p_z $) sofrerão uma maior repulsão das cargas negativas. Isso significa que a energia do orbital $ p_z $ aumentará em comparação com os orbitais $ p_x $ e $ p_y $, que não estão diretamente alinhados com as cargas. Portanto, $ p_z $ ficará com energia maior que $ p_x $ e $ p_y $.
-
Quatro cargas negativas ao longo dos eixos z e y:Quando quatro cargas negativas se aproximam ao longo dos eixos z e y, tanto os orbitais alinhados com esses eixos ($ p_z $ e $ p_y $) sofrerão aumento de energia devido à repulsão. O orbital $ p_x $, que não está diretamente alinhado com nenhuma das cargas negativas, manterá uma energia relativamente menor. Assim, tanto $ p_z $ quanto $ p_y $ terão suas energias aumentadas em comparação com $ p_x $.
Resposta
(a) A configuração eletrônica do nitrogênio no estado fundamental é
.
(b) Os três elétrons nos orbitais p (
,
,
) têm a mesma energia no estado fundamental do átomo de nitrogênio.
© Se duas cargas negativas se aproximarem ao longo do eixo z, a energia do orbital
aumentará em relação aos orbitais
e
. Se quatro cargas negativas se aproximarem ao longo dos eixos z e y, tanto os orbitais
quanto
terão suas energias aumentadas em comparação com
.