Exercícios sobre números quânticos (com respostas explicadas)
Os números quânticos são fundamentais para compreender a estrutura eletrônica dos átomos e o comportamento dos elétrons nos orbitais.
Nestes exercícios, você poderá revisar os conceitos de número quântico principal, azimutal, magnético e de spin, aplicando regras importantes como o Princípio da Exclusão de Pauli, com respostas explicadas para facilitar o entendimento.
Questão 1
Os números quânticos são um conjunto de quatro valores que, juntos, servem para:
a) Determinar a massa exata de um elétron no átomo.
b) Calcular a energia potencial média de um orbital atômico.
c) Descrever de forma única a energia e a localização provável de um elétron em um átomo.
d) Indicar a orientação do spin do núcleo atômico.
Resposta: alternativa C.
Os números quânticos (principal n, azimutal/angular l, magnético m, e de spin s) constituem a "identidade" de um elétron em um átomo. Eles definem o nível de energia (n), o formato do orbital (l), sua orientação no espaço (m) e o sentido de rotação do elétron (s). Assim, um conjunto único desses quatro números descreve completamente o estado quântico de um elétron.
Questão 2
O número quântico azimutal (l) está diretamente relacionado com:
a) A distância média do elétron em relação ao núcleo.
b) A energia total do orbital.
c) A forma do orbital atômico.
d) O sentido de rotação do elétron.
Resposta: alternativa C.
O número quântico azimutal, ou secundário, determina a forma do orbital e o seu momento angular orbital. Cada valor de l corresponde a um subnível de energia com formato característico.
Questão 3
Para um elétron no subnível 4d, quais são os valores possíveis para o número quântico magnético (mₗ)?
a) -2, -1, 0, +1, +2
b) -1, 0, +1
c) 0, 1, 2, 3
d) 0
Resposta: alternativa A.
O número quântico magnético (m) descreve a orientação espacial do orbital. Seus valores variam de -l a +l, incluindo o zero. Para um subnível d, temos l = 2. Portanto, os valores possíveis para m são: -2, -1, 0, +1, +2. Isso corresponde aos 5 orbitais d diferentes (dxy, dyz, dxz, d(x²-y²), dz²), cada um com uma orientação espacial distinta.
Questão 4
O Princípio da Exclusão de Pauli afirma que:
a) Dois elétrons no mesmo orbital devem ter spins paralelos.
b) Dois elétrons no mesmo átomo não podem ter o mesmo conjunto de quatro números quânticos.
c) Os elétrons preenchem os orbitais de menor energia primeiro.
d) Em um orbital, os elétrons se emparelham apenas quando necessário.
Resposta: alternativa B.
Formulado por Wolfgang Pauli, este princípio é fundamental para entender a estrutura eletrônica. Ele estabelece que não é possível que dois elétrons em um mesmo átomo tenham exatamente os mesmos quatro números quânticos (n, l, m, s). Consequentemente, um orbital atômico (definido por n, l e m) pode acomodar no máximo dois elétrons, e estes devem ter spins opostos (um com s = +1/2 e outro com s = -1/2).
Questão 5
Qual dos seguintes conjuntos de números quânticos (n, l, m, s) é possível para um elétron em um átomo?
a) (3, 2, -3, +1/2)
b) (2, 1, -1, -1/2)
c) (1, 0, 0, +1)
d) (4, 4, 0, +1/2)
Resposta: alternativa B.
Vamos analisar cada conjunto pelas regras:
A: Inválido. Para l = 2, m pode ser no máximo +2. Assim, m = -3 está fora do intervalo.
B: Válido. n=2, l=1 (subnível p), m=-1 (dentro do intervalo -1, 0, +1), s=-1/2.
C: Inválido. O número quântico de spin (s) só pode ser +1/2 ou -1/2. O valor +1 é impossível.
D: Inválido. Para n = 4, o valor máximo de l é n-1, ou seja, 3. O valor l = 4 não é permitido.
Questão 6
Um elétron que possui o número quântico principal n = 3 e o número quântico azimutal l = 1 está localizado em qual subnível?
a) 3s
b) 3p
c) 3d
d) 3f
Resposta: alternativa B.
O número quântico azimutal (l) define a letra do subnível:
l = 0 → subnível s
l = 1 → subnível p
l = 2 → subnível d
l = 3 → subnível f
Portanto, n=3 e l=1 descrevem um elétron no subnível 3p. O número quântico magnético (m) especificaria qual dos três orbitais p (px, py ou pz) ele ocupa.
Questão 7
Em um átomo polieletrônico, a energia de um orbital depende principalmente:
a) Apenas do número quântico principal (n).
b) Dos números quânticos principal (n) e azimutal (l).
c) Apenaz do número quântico azimutal (l).
d) Dos números quânticos magnético (mₗ) e de spin (mₛ).
Resposta: alternativa B.
Em átomos com mais de um elétron, a energia de um orbital é determinada por ambos, o número quântico principal (n) e o número quântico azimutal (l), devido ao efeito de blindagem dos elétrons internos. É por isso que ocorre a sobreposição de energias, como a do orbital 4s (n=4, l=0) ser de menor energia que a do orbital 3d (n=3, l=2) no início do preenchimento. A regra de Madelung (n + l) é uma forma prática de ordenar essa energia crescente.
Questão 8
A capacidade máxima de elétrons que uma camada eletrônica de número quântico principal n = 2 pode acomodar é:
a) 2 elétrons.
b) 8 elétrons.
c) 18 elétrons.
d) 32 elétrons.
Resposta: alternativa B.
Para n=2, os valores possíveis para l são 0 e 1 (subníveis s e p).
Subnível s (l=0): Tem apenas 1 orbital (m = 0). Cada orbital acomoda 2 elétrons. Total: 2 elétrons.
Subnível p (l=1): Tem 3 orbitais (m = -1, 0, +1). Cada orbital acomoda 2 elétrons. Total: 6 elétrons.
Somando a capacidade dos subníveis: 2 (do 2s) + 6 (do 2p) = 8 elétrons no total para a camada n=2. Esta é a origem da Regra do Octeto para a estabilidade química.
Para estudar mais, leia Números Quânticos: principal, secundário, magnético e de spin.
ALVES, Gustavo. Exercícios sobre números quânticos (com respostas explicadas). Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-sobre-numeros-quanticos-com-respostas-explicadas/. Acesso em:
