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:
  1. 1s²: Os dois primeiros elétrons vão para o orbital 1s.
  2. 2s²: Os próximos dois elétrons enchem o orbital 2s.
  3. 2p³: Os últimos três elétrons vão para os orbitais 2p.
Então, a configuração eletrônica do nitrogênio no estado fundamental é:
N: 1s^2, 2s^2, 2p^3

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 1s^2, 2s^2, 2p^3.
(b) Os três elétrons nos orbitais p ( px, py, pz) 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 pz aumentará em relação aos orbitais px e py. Se quatro cargas negativas se aproximarem ao longo dos eixos z e y, tanto os orbitais pz quanto py terão suas energias aumentadas em comparação com px.

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