Estudo da Eletrosfera

NÍVEIS (OU CAMADAS) ENERGÉTICOS

São regiões do átomo onde os elétrons podem se movimentar sem perder ou ganhar energia. Ao total são consideradas 7 camadas.

Cada nível de energia comporta um número máximo de elétrons que estão resumidos no quadro abaixo:

SUBNÍVEL DE ENERGIA

Cada nível energético costuma ser dividido em subníveis, que se diferem pela forma de trajetória de suas órbitas e pelo número de elétrons que comportam.

Como cada nível energético comporta uma quantidade máxima de elétrons, é possível inferir quais subníveis estão presentes em cada uma das camadas:

DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA:

Os elétrons não são distribuídos de forma aleatória nos subníveis. Sua distribuição se dá em ordem crescente de energia. Preenche-se cada um dos níveis, de acordo com a quantidade de elétrons, até que se aloque o último elétron, que será o mais energético, chamado de elétron diferenciador.

Para facilitar a distribuição eletrônica, o cientista húngaro Linus Pauling propôs um diagrama, conhecido como Diagrama da Pauling. Para realizar a distribuição eletrônica a partir dele, basta seguir as setas:

A distribuição eletrônica será realizada seguindo o diagrama, mas poderá sofrer variações em caso de íons, onde há perda, no caso dos cátions, ou ganho de elétrons, no caso dos ânions.

Um importante conceito a ser levado em consideração para a distribuição eletrônica, é o conceito de camada de valência:

Camada de valência: corresponde a camada de maior número, que será o nível mais externo de um átomo.

ÁTOMO NEUTRO

Para o caso dos átomos neutros, deve-se lembrar que o número de prótons é igual ao número de elétrons, ou seja, P = e-.

Assim, nos átomos neutros, a distribuição é feita da seguinte forma:

• preencher cada subnível de energia de acordo com a capacidade do mesmo;

• quando não houver necessidade de completar um subnível, preenchê-lo de acordo com o número de elétrons que faltam à distribuição.

Exemplos:

¹⁵P       – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³
³⁵Br     – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

ÍONS

No caso dos íons, a distribuição deverá ser feita levando-se em consideração a perda e o ganho de elétrons.

Ânions: somar os elétrons ganhos aos já existentes, e realizar a distribuição normalmente.

Exemplos:

¹⁶S – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴
(átomo neutro – 16 elétrons)

¹⁶S² – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶
(ânion – 18 elétrons)

Cátions: fazer a distribuição como se fosse de um átomo neutro. Ao final, retirar o número de elétrons necessários da camada de valência. É importante frisar que nem sempre a camada de valência coincidirá com o subnível mais energético.

Exemplos:

¹²Mg⁺² → 1s² 2s² 2p⁶ 3̶s̶²̶
1s² 2s² 2p⁶

²⁶Fe⁺² → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4̶s̶²̶  3d⁶
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶

DISTRIBUIÇÃO EM NÍVEIS

A distribuição eletrônica por níveis de energia é feita a partir da distribuição por subníveis. Neste caso, basta contar o número de elétrons em cada nível a partir da distribuição por subníveis.

Exemplos:

¹⁵ P – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³
K – 2; L – 8; M – 5

²⁶Fe – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶
K – 2; L – 8; M – 14; N – 2

NÚMEROS QUÂNTICOS

Os átomos encontram-se em orbitais, que podem ser definidos como a região de maior probabilidade de se encontrar um elétron. Cada elétron tem seu movimento perfeitamente definido por quatro números quânticos, que revelam a posição e o sentido do movimento do elétron dentro de um átomo.

Segundo o princípio da incerteza de Heisenberg, físico alemão, não é possível determinar com precisão simultaneamente a posição e a direção e velocidade de um elétron. Sendo assim, os números quânticos permitem apenas precisar a localização de um elétron dentro de um átomo.

Assim, os quatro números quânticos de um elétron são:

Número quântico principal (n): indica a camada onde o elétron está localizado.

Número quântico secundário (ou azimutal) (l): indica o subnível onde o elétron está localizado.

Número quântico magnético (m ou ml): indica o orbital onde o elétron está localizado. O número quântico magnético irá assumir valor entre -l e +l.

Cada orbital tem sua forma, que pode ser observada a partir de um sistema de coordenadas tridimensional (eixos x, y e z).

Observe o exemplo dos orbitais s, p e d abaixo:

Porém, para os nossos estudos, bastará saber o número quântico referente a cada um dos orbitais:

Cada quadrado representa um orbital. Sendo assim, é possível realizar a distribuição eletrônica de maneira a agrupar cada elétron dentro desses quadrados, que são os orbitais.

Observe que para o preenchimento desse orbital, deve-se considerar a regra de Hund, onde a distribuição se dará de maneira a primeiro preencher todos os orbitais. Somente depois que o último orbital do subnível tiver sido semi-preenchido, que se irá colocar os elétrons de maneira a preencher complemente o orbital.

Exemplo: a distribuição utilizando orbitais, para o 8
O é dada por: 1s2 2s2 2p4

Número quântico de spin (ms ou s): de forma simplificada, pode-se dizer que indica o a rotação do elétron em torno do seu próprio eixo. Os valores de ms assumem valores – ½ ou + ½.

Normalmente, por convenção, indica-se a seta para cima como spin negativo, e a seta para baixo, com spin positivo. Porém, o oposto também pode existir, mas deve ser indicado.

Na determinação do conjunto de números quânticos para um elétron, deve-se considerar o Princípio de Exclusão de Pauli, que diz que cada elétron tem seu próprio conjunto de números quânticos, e não existe mais de um elétron com o mesmo conjunto de números quânticos iguais. É possível apenas que os três primeiros números sejam iguais, uma vez que dois elétrons podem ocupar um mesmo orbital, mas o número de spin deverá ser obrigatoriamente diferente.

OBSERVAÇÃO

A configuração do nêonio, 10Ne é dada por: 1s2 2s2 2p6.
Determine o conjunto de quatro números quânticos para o elétron mais energético desse átomo. Considere que o primeiro elétron a ser distribuído terá ms= – ½.

Solução:

Analisando apenas os orbitais p, tem-se que:

A camada de valência é a segunda, logo, n = 2; como o elétron mais energético está localizado no subnível p, tem-se que l = 1; analisando acima, percebe-se que ml = +1; e, como o elétron encontra-se com a seta para baixo, tem-se que ms = – ½.