Como escrever configurações eletrônicas, passo a passo

O que a notação significa

Cada parte de uma configuração tem três elementos. Em 2p⁴, o 2 é a camada (o nível principal de energia), a letra p é o tipo de subcamada, e o expoente 4 é o número de elétrons nessa subcamada. Os expoentes sempre somam o número total de elétrons, que, para um átomo neutro, é igual ao número atômico.

Há quatro tipos de subcamada, cada um com capacidade fixa: s comporta 2 elétrons (1 orbital), p comporta 6 (3 orbitais), d comporta 10 (5 orbitais) e f comporta 14 (7 orbitais). Cada orbital comporta no máximo 2 elétrons.

A ordem de Aufbau

Os elétrons preenchem primeiro as subcamadas de menor energia. Esse é o princípio de Aufbau, da palavra alemã para “construção progressiva”. A ordem de preenchimento é 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p.

Observe que 4s é preenchida antes de 3d, e 6s antes de 4f. A regra n + l explica isso: some o número da camada n a l (0 para s, 1 para p, 2 para d, 3 para f) e preencha do menor total para o maior; em caso de empate, a de menor n é preenchida primeiro. Muitos estudantes preferem desenhar um diagrama diagonal de subcamadas e seguir as setas.

A tabela periódica mostra a mesma ordem: ao longo de um período você passa pelo bloco s (grupos 1–2), pelo bloco d (grupos 3–12, uma camada abaixo) e pelo bloco p (grupos 13–18), com o bloco f (duas camadas abaixo) encaixado nos períodos 6 e 7.

Exemplo resolvido: oxigênio

O oxigênio tem número atômico 8, então tem 8 elétrons para distribuir. Coloque 2 em 1s (restam 6), depois 2 em 2s (restam 4), depois os últimos 4 em 2p, que poderia comportar até 6. O resultado é 1s² 2s² 2p⁴. Conferindo: 2 + 2 + 4 = 8.

A camada mais alta é a 2, com 2 + 4 = 6 elétrons, então o oxigênio tem 6 elétrons de valência. Dentro da subcamada 2p, a regra de Hund diz que os elétrons ocupam os três orbitais p isoladamente antes de se emparelharem, então um átomo de oxigênio tem dois elétrons desemparelhados.

Exemplo resolvido: ferro

O ferro tem número atômico 26, então tem 26 elétrons. Preencha na ordem de Aufbau: 1s² (2 colocados), 2s² (4), 2p⁶ (10), 3s² (12), 3p⁶ (18), 4s² (20), e os 6 restantes vão para 3d. A configuração completa é 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶.

Muitos livros didáticos, e este site, listam as subcamadas em ordem de número da camada: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s². Ambas descrevem o mesmo átomo. Quando o ferro forma íons, ele perde primeiro os elétrons 4s, então o Fe²⁺ é [Ar] 3d⁶ e o Fe³⁺ é [Ar] 3d⁵.

Notação abreviada com gás nobre

Escrever todas as subcamadas fica longo para átomos pesados, então os químicos substituem os elétrons internos pelo símbolo do gás nobre anterior entre colchetes. [He] representa 1s², [Ne] representa 1s² 2s² 2p⁶ e [Ar] representa 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. Os cernes mais pesados são [Kr] (36 elétrons), [Xe] (54) e [Rn] (86).

Para usá-la, escreva o gás nobre anterior entre colchetes e acrescente apenas os elétrons que vêm depois dele. O oxigênio vira [He] 2s² 2p⁴, o sódio vira [Ne] 3s¹ e o ferro vira [Ar] 3d⁶ 4s².

Exceções: cromo e cobre

Alguns elementos não seguem exatamente a ordem de Aufbau. Previa-se que o cromo (24 elétrons) fosse [Ar] 3d⁴ 4s², mas sua configuração real é [Ar] 3d⁵ 4s¹. Previa-se que o cobre (29 elétrons) fosse [Ar] 3d⁹ 4s², mas na verdade é [Ar] 3d¹⁰ 4s¹.

Nos dois casos, um elétron 4s passa para 3d. As subcamadas 4s e 3d têm energias muito próximas, e uma subcamada d semipreenchida (d⁵) ou completamente preenchida (d¹⁰) é especialmente estável. Alguns elementos mais pesados se comportam do mesmo modo: o molibdênio é [Kr] 4d⁵ 5s¹, a prata é [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ e o ouro é [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹. Cerca de 20 elementos dos blocos d e f têm configurações irregulares, então consulte uma tabela confiável para os elementos mais pesados.