OS ESTADOS ENERGÉTICOS DOS ELÉTRONS Cálculos matemáticos levaram à conclusão de que os elétrons se dispõem ao redor do núcleo atômico, segundo o diagrama energético abaixo:

Subníveis energéticos Sete “escadas” que aparecem no diagrama anterior e onde os elétrons têm um conteúdo de energia crescente. Esses níveis correspondem às sete camadas (K, L, M, N, O, P e Q) do modelo de Rutherford-Bohr. Atualmente, eles são identificados pelo chamado número quântico principal (n), que é um número inteiro, variando de 1 a 7. Subníveis energéticos Os “degraus” de cada escada existente no diagrama anterior. De cada degrau para o seguinte há, também, aumento no conteúdo de energia dos elétrons. Esses subníveis são identificados pelo chamado número quântico secundário ou azimutal (l), que assume os valores 0, 1, 2 e 3, mas que é habitualmente designado pelas letras s, p, d, f, respectivamente. Note que, no diagrama anterior, nós já escrevemos um “endereço” sobre cada degrau. Assim, por exemplo, se for mencionada a posição 3p, devemos saber que se trata do segundo degrau da terceira escada, no tocante ao nível de energia.

Orbitais Completando o modelo atual da eletrosfera, devemos acrescentar que cada subnível comporta um número diferente de orbitais, de acordo com o diagrama energético mais completo que mostramos a seguir:

No referido diagrama, cada orbital é representado simbolicamente por um quadradinho. Vemos que os subníveis (“degraus”) s, p, d, f, contêm sucessivamente 1, 3, 5, 7 (seqüência de números ímpares) orbitais. Os orbitais são identificados pelo chamado número quântico magnético (Ml ou m). Num dado subnível, o orbital central tem o número quântico magnético igual a zero; os orbitais da direita têm m = +1, +2, +3; os da esquerda têm m = -1, -2, -3, como está exemplificado abaixo: Spin Finalmente, cálculos matemáticos provaram que um orbital comporta no máximo dois elétrons. No entanto, surge uma dúvida: se os elétrons são negativos, por que não se repelem e se afastam? A explicação é a seguinte: os elétrons podem girar no mesmo sentido ou em sentidos opostos, criando campos magnéticos que os repelem ou os atraem. Essa rotação é conhecida como spin (do inglês to spin, girar):

Um orbital comporta no máximo dois elétrons, com spins contrários. Daí a afirmação, conhecida como princípio da exclusão de Pauli: Um orbital comporta no máximo dois elétrons, com spins contrários. Desse modo, a atração magnética entre os dois elétrons contrabalança a repulsão elétrica entre eles. O spin é identificado pelo chamado número quântico de spin (Ms ou s), cujos valores são − 1 2 e + 1 2 . Normalmente, a representação dos elétrons nos orbitais é feita por meio de uma meia seta: representa, por convenção, um elétron com spin negativo s = − 1 2 representa, por convenção, um elétron com spin positivo s = + 1 2

A identificação dos elétrons Cada elétron da eletrosfera é identificado por seus quatro números quânticos: • o número quântico principal: n • o número quântico magnético: m ou Ml • o número quântico secundário: l • o número quântico do spin: s ou Ms Por exemplo, os dois elétrons do elemento hélio têm os seguintes números quânticos: 1° elétron: n = 1, l = 0, m = 0, s = − 1 2 . K (n=1) s (l = 0) 2° elétron: n = 1, l = 0, m = 0, s = + 1 2 .

Observe o diagrama parcial abaixo: Neste diagrama, o elétron representado tem os seguintes números quânticos:: 1° elétron: n = 3, l = 1, m = -1, s = − 1 2 . Esse elétron será representado simbolicamente por:

Distribuição eletrônica A distribuição dos elétrons em um átomo neutro pode ser feita pelo diagrama dos níveis energéticos, que vimos anteriormente. No entanto, o cientista Linus Pauling desenvolveu um diagrama que simplifica essa tarefa e que passou a ser conhecido como diagrama de Pauling:

Consideremos, como exemplo, a distribuição dos 26 elétrons de um átomo de ferro (Z % 26). Aplicando o diagrama de Pauling, temos: O que foi feito? Percorremos as diagonais, no sentido indicado, colocando o número máximo de elétrons permitido em cada subnível, até inteirar os 26 elétrons que o ferro possui. Veja que, no último orbital atingido (3d), colocamos apenas seis elétrons, com os quais completamos a soma de 26 elétrons, e não 10 elétrons, que é o máximo que um subnível d pode comportar. Essa é a distribuição dos elétrons num átomo de ferro considerado em seu estado fundamental.

Para indicar, de modo abreviado, essa distribuição eletrônica, escrevemos: Reparem que escrevemos os subníveis 1s, 2s, 2p ... em ordem crescente de energia e colocamos um “expoente” para indicar o número total de elétrons existente em cada subnível considerado. Evidentemente, a soma dos “expoentes” é igual a 26, que é o número total de elétrons do átomo de ferro. Veja também que, somando os “expoentes” em cada linha horizontal, obtemos o número total de elétrons existentes em cada camada ou nível eletrônico do ferro. Podemos, então, concluir que a distribuição eletrônica do átomo de ferro, por camadas, é: Vamos praticar? Faça a distribuição eletrônica para os átomos a seguir: a)17Cl b)38Sr c)54Xe