Eu li que a configuração eletrônica do urânio é [Rn] 5f³ 6d¹ 7s². Dado que as subcamadas são preenchidas na ordem 5f -> 6d, por que a subcamada 5f está apenas parcialmente preenchida? Por que os elétrons preenchem parcialmente a subcamada 5f e depois continuam a preencher a subcamada 6d?
Resposta
Tenho certeza de que você está familiarizado com as regras de atribuição de orbitais de elétrons. Vou descrevê-las brevemente aqui:
Elétrons preenchem orbitais de forma a minimizar a energia do átomo. Portanto, os elétrons em um átomo preenchem os principais níveis de energia em ordem crescente de energia (os elétrons estão se distanciando do núcleo). A ordem dos níveis preenchidos é semelhante a esta:
Princípio de exclusão de Pauli
O princípio de exclusão de Pauli afirma que dois elétrons não podem ter o mesmos quatro números quânticos. Os primeiros três (n, le ml) podem ser iguais, mas o quarto número quântico deve ser diferente. Um único orbital pode conter no máximo dois elétrons, que devem ter spins opostos; caso contrário, eles teriam os mesmos quatro números quânticos, o que é proibido.
Regra de Hund
Ao atribuir elétrons em orbitais, cada elétron primeiro preencherá todos os orbitais com energia semelhante (também conhecida como degenerada) antes de emparelhar com outro elétron em um orbital preenchido pela metade. Os átomos em estados de terra tendem a ter tantos elétrons desemparelhados quanto possível. Isso explica o comportamento do cromo: Z: 24 [Ar] 3d54s1 (observe aqui o um elétron no orbital 4s enquanto os orbitais d estão ocupados com elétrons únicos de uma direção de spin)
Exceções
Embora a regra de Aufbau preveja com precisão a configuração eletrônica da maioria dos elementos, há exceções notáveis entre os metais de transição e os elementos mais pesados. A razão pela qual essas exceções ocorrem é que alguns elementos são mais estáveis com menos elétrons em algumas subcamadas e mais elétrons em outras o dela e um exemplo notável é o urânio, pois para adquirir estabilidade máxima, ele geralmente tem este estado fundamental: Urânio: Z: 92 [Rn] 7s2 5f3 6d1
Referências
Comentários
- Ah, então o urânio é uma exceção a esta regra. O que há nessa configuração específica que o torna tão estável?
- Não é apenas o urânio, leia novamente. Eu também mencionei o cromo. Existem outros elementos, como cobre, nióbio, paládio, prata, tório, etc., que se desviam desta tendência. O motivo como descrito é parcialmente baseado na combinação das regras. Lembre-se de que no estado fundamental de um elemento a configuração do elétron tem sua energia mais baixa. Quanto menor a energia, maior a estabilidade. Em alguns casos, esse tipo de estabilidade só pode ser obtido quando há menos elétrons em um orbital específico, digamos, configuração de urânio.