Explique por que, num átomo multieletrônico, um elétron no subnível 3s está preso mais fortemente ao núcleo do que um elétron no subnível 3p. Explique por que essa mesma tendência não é observada num átomo neutro de hidrogênio.
Passo 1
Vamos resolver a questão que pede para explicar por que, em um átomo com vários elétrons, um elétron no subnível 3s está mais preso ao núcleo do que um elétron no subnível 3p. Além disso, precisamos entender por que essa tendência não ocorre no átomo de hidrogênio, que é neutro. Vamos precisar dos conceitos de camada eletrônica, subnívels (s, p, etc.), interação entre elétrons e carga nuclear efetiva.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que em átomos com múltiplos elétrons, os elétrons não estão apenas sob a influência direta do núcleo, mas também das interações entre si. Isso afeta como cada elétron se comporta em diferentes subníveis.
Passo 3
O subnível 3s tem uma forma de nuvem eletrônica que penetra mais profundamente em direção ao núcleo comparado ao subnível 3p. Isso significa que os elétrons 3s passam mais tempo perto do núcleo e são menos “bloqueados” pelos outros elétrons.
Passo 4
Por causa dessa maior penetração, os elétrons no subnível 3s sentem uma carga nuclear efetiva maior. A carga nuclear efetiva é a carga real do núcleo menos o efeito de blindagem causado pelos outros elétrons. Com mais penetração, há menos blindagem, fazendo com que os elétrons 3s sejam atraídos mais fortemente pelo núcleo.
Passo 5
Já os elétrons no subnível 3p têm uma forma de nuvem eletrônica que se mantém mais afastada do núcleo devido à sua forma angular. Eles são mais suscetíveis ao efeito de blindagem dos elétrons internos, o que reduz a carga nuclear efetiva que sentem. Assim, eles são menos fortemente presos ao núcleo em comparação com os elétrons 3s.
Passo 6
No átomo de hidrogênio, que tem apenas um elétron, não há outros elétrons para causar blindagem ou interações internas. Portanto, todos os elétrons sentem apenas a carga nuclear efetiva do próton no núcleo. Como não há diferenciação na penetração entre subníveis (já que só há um elétron), os elétrons s e p têm a mesma energia e, consequentemente, a mesma força de atração pelo núcleo.
Resposta
Em um átomo multieletrônico, os elétrons 3s são mais fortemente atraídos pelo núcleo do que os elétrons 3p devido à maior penetração e menor blindagem, resultando em uma carga nuclear efetiva maior. No átomo de hidrogênio, como há apenas um elétron, essa diferença não existe, e todos os elétrons sentem igualmente a carga do núcleo.