Distribuição eletrônica

O que uma configuração representa

A distribuição eletrônica indica como os elétrons ocupam estados de um átomo ou íon. Antes de escrever qualquer sequência, determine a quantidade total de elétrons. No átomo neutro, ela coincide com o número atômico. Um cátion possui menos elétrons que o átomo neutro; um ânion possui mais. Os prótons não são distribuídos em camadas.

O registro habitual descreve uma configuração de estado fundamental, de menor energia, salvo indicação de excitação. Uma configuração excitada pode conservar a quantidade de elétrons e deslocar um deles para um estado de maior energia. Portanto, contar elétrons é necessário, mas não basta para verificar se a configuração é fundamental.

Camadas, subníveis e orbitais

As camadas são identificadas pelo número quântico principal n. Cada camada admite determinados subníveis. Na primeira há apenas s; na segunda, s e p; na terceira, s, p e d. Um subnível reúne orbitais, que descrevem estados e distribuições de probabilidade, não pequenas pistas onde elétrons circulam.

Os subníveis s, p, d e f possuem, respectivamente, um, três, cinco e sete orbitais. Cada orbital comporta no máximo dois elétrons, com spins opostos. Assim, suas capacidades são dois, seis, dez e quatorze elétrons. Em $2p^4$, o 2 identifica a camada, p identifica o subnível e o expoente informa quatro elétrons nesse subnível.

Ordem aproximada de preenchimento

Para muitos átomos neutros, o esquema das diagonais fornece uma sequência útil: $1s$, $2s$, $2p$, $3s$, $3p$, $4s$, $3d$, $4p$, $5s$. Preenche-se cada subnível respeitando sua capacidade até atingir a contagem desejada. O esquema organiza uma aproximação das energias; não é uma lei universal sem exceções.

A passagem de 3p para 4s antes de 3d mostra que ordem de preenchimento e ordem numérica das camadas não são iguais. A proximidade de energias e as interações entre elétrons produzem exceções, especialmente entre elementos de transição. Cromo e cobre são exemplos conhecidos: suas configurações fundamentais usuais são [Ar]3d⁵4s¹ e [Ar]3d¹⁰4s¹. Quando o exercício fornece uma configuração experimental, essa informação tem prioridade sobre uma aplicação mecânica das diagonais.

Pauli e Hund: ocupação dentro do subnível

O princípio de exclusão de Pauli limita cada orbital a dois elétrons de spins opostos. Para orbitais de mesma energia de um subnível, a regra de Hund orienta a ocupação: os elétrons ocupam primeiro orbitais separados com spins paralelos, antes de formar pares.

Por exemplo, três elétrons no subnível p ocupam os três orbitais separadamente. O quarto elétron passa a formar um par em um deles. Escrever apenas p⁴ informa a contagem total; um diagrama de caixas permite mostrar também quantos elétrons estão desemparelhados. As setas usadas nesse diagrama simbolizam estados de spin, não movimentos de subida e descida dentro do átomo.

Exemplo resolvido: enxofre e sulfeto

O enxofre tem $Z=16$. Seu átomo neutro contém dezesseis elétrons. Preenchendo os subníveis, obtemos $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$. A soma dos expoentes é $2+2+6+2+4=16$, conferindo a contagem.

A camada de maior n é a terceira. Ela contém dois elétrons em 3s e quatro em 3p, totalizando seis elétrons de valência. Não se deve contar apenas o último subnível e concluir que a valência tem quatro elétrons. Pela regra de Hund, a ocupação 3p⁴ tem um orbital com par e dois orbitais com um elétron cada.

O íon sulfeto, S²⁻, possui dezoito elétrons: ganhou dois. Sua configuração termina em 3p⁶. O núcleo continua com dezesseis prótons. A configuração coincide com a do argônio neutro, mas a espécie não se tornou argônio: espécies isoeletrônicas podem pertencer a elementos diferentes.

Cátions: retirar da camada mais externa

Ao formar cátions, retire elétrons dos estados externos apropriados, considerando primeiro o maior n ocupado. O ferro neutro é usualmente escrito [Ar]3d⁶4s². Para Fe²⁺, retiram-se os dois elétrons 4s, obtendo [Ar]3d⁶. Para Fe³⁺, retira-se ainda um elétron 3d, resultando em [Ar]3d⁵.

Isso evita uma armadilha frequente: retirar primeiro de 3d apenas porque esse subnível foi preenchido depois de 4s no esquema. A sequência de construção do átomo neutro não deve ser invertida automaticamente para representar ionização.

Conferência e continuidade

Use a tabela periódica para relacionar configurações e famílias. Retome estrutura atômica, íons e isótopos se a contagem de elétrons ainda gerar dúvida.