Números Quânticos

As orbitais atómicas são caracterizadas através dos chamados números quânticos, que fornecem informação sobre a energia, tamanho, forma e orientação da orbital. Caracterização das orbitais atómicas (n, ℓ, mℓ)

Número quântico principal (n): relaciona-se com a energia e o tamanho da orbital Diferentes valores de n identificam diferentes camadas Quanto maior o n, maior o tamanho da orbital Quanto maior o n, maior a distância do electrão ao núcleo atómico

Número quântico secundário (ℓ): relaciona-se com a forma e o tipo de Número quântico secundário (ℓ): relaciona-se com a forma e o tipo de orbital ℓ = 0, 1, … n-1 Diferentes valores de ℓ significam diferentes subcamadas ou subníveis Diferentes subcamadas de um mesmo nível de energia apresentam diferentes valores de energia

Número quântico magnético (mℓ): relaciona-se com a orientação da orbital no espaço Por cada valor de ℓ existem (2ℓ+1) valores de mℓ O número de valores possíveis de mℓ numa subcamada indica o número de orbitais que cada subcamada pode suportar

(n, ℓ, mℓ, ms) Caracterização de um electrão num átomo: Número quântico de spin (ms): relaciona-se com o sentido do movimento de rotação do electrão na orbital ou (n, ℓ, mℓ, ms)

Exemplo: n = 2 ℓ = 0 mℓ = 0 ms = ou ms = (2, 0, 0, ) ou (2, 0, 0, ) Os valores de ms não têm qualquer efeito na energia, tamanho, forma ou orientação de uma orbital mas desempenham um papel fundamental na determinação do arranjo dos electrões numa orbital

Configurações electrónicas dos átomos

Configuração electrónica de um átomo Representação esquemática da distribuição dos electrões de um átomo de um determinado elemento forma como os electrões estão distribuídos pelas várias orbitais atómicas

As orbitais serão representadas por um diagrama de caixas. Os electrões serão representados por setas, de direcções opostas (spins opostos). ↑↓ representa uma orbital com dois electrões. ↑↓

Princípio da Energia Mínima Os electrões deverão ocupar as orbitais por uma ordem, tal que resulte na menor energia para o átomo. Este princípio aplica-se às espécies monoelectrónicas (possuem apenas um electrão) e aos átomos polielectrónicos.

Espécies monoelectrónicas Átomo de Hidrogénio (H) um electrão Configuração electrónica: 1s1 representa o número quântico principal, n representa o número quântico secundário, ℓ representa o número de electrões na orbital

Nos átomos polielectrónicos, como é que se distribuem os electrões pelas orbitais? A distribuição dos electrões de átomos polielectrónicos pelas orbitais atómicas obedece a regras e princípios.

Regras de preenchimento das orbitais atómicas Princípio da Energia Mínima Princípio de Exclusão de Pauli Regra de Hund

Princípio de Exclusão de Pauli Numa orbital, no máximo, só podem existir dois electrões com spins opostos.

Configuração electrónica: 1s2 Átomo de Hélio ( 2He ) dois electrões Configuração electrónica: 1s2 representa o número quântico principal, n representa o número quântico secundário, ℓ representa o número de electrões na orbital

Átomo de Lítio ( 3Li ) três electrões Configuração electrónica: 1s22s1

Átomo de Berílio ( 4Be ) quatro electrões Configuração electrónica: 1s22s2

Átomo de Boro ( 5B ) cinco electrões Configuração electrónica: 1s22s22p1

Regra de Hund No preenchimento das orbitais com igual energia, distribuem-se primeiro um electrão por cada orbital, de modo a ficarem com o mesmo spin, e só depois se completam, ficando com spins opostos.

Átomo de Carbono ( 6C ) seis electrões Configuração electrónica: 1s22s22p2

Átomo de Azoto ( 7N ) sete electrões Configuração electrónica: 1s22s22p3

1s22s22p4 Átomo de Oxigénio ( 8O ) oito electrões Configuração electrónica: 1s22s22p4

1s22s22p5 Átomo de Flúor ( 9F ) nove electrões Configuração electrónica: 1s22s22p5

1s22s22p6 Átomo de Néon ( 10Ne ) dez electrões Configuração electrónica: 1s22s22p6

Distribuição electrónica Número de electrões na orbital Designação da orbital Designação dos electrões Orbital vazia - 1 Orbital semipreenchida Desemparelhados ou celibatário 2 Orbital completa ou totalmente preenchida emparelhados

Diagrama de Linus Pauling Linus Pauling (químico quântico) elaborou um diagrama de preenchimento das orbitais atómicas facilita a escrita das configurações electrónicas de átomos polielectrónicos.

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, etc.

Os electrões que ocupam a última camada/nível de energia são designados electrões de valência. Os electrões mais internos são designados electrões do cerne do átomo. Electrão de valência Cerne do átomo

Configurações electrónicas Exemplos Configurações electrónicas 3Li - 1s2 2s1 O lítio tem três electrões distribuídos por duas orbitais. O cerne do átomo contém dois electrões, existindo apenas um electrão de valência. 19K - 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 O potássio tem 19 electrões, distribuídos por 10 orbitais. Dos 19 electrões, só o da orbital 4s é de valência, sendo os restantes do cerne do átomo.

A configuração electrónica de um átomo pode ser simplificada basta representar os electrões mais interiores do átomo pela configuração electrónica do gás nobre do período anterior da Tabela Periódica, seguida dos electrões de valência. Exemplos: 11Na – [Ne] 3s1 19K – [Ar] 4s1

Exercício Escreve a configuração electrónica do fósforo (Z = 15). Quais são os números quânticos dos electrões de valência do átomo de fósforo. Última camada ocupada: n = 3 Orbital 3s: Orbitais 3p: