2.4 Configurações eletrónicas dos átomos

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1 2.4 Configurações eletrónicas dos átomos

2 2.4 Configurações eletrónicas dos átomos
Princípios e regras a seguir na distribuição dos eletrões nos átomos A maneira como os eletrões se distribuem nas orbitais dos átomos polieletrónicos – a configuração eletrónica – confere ao átomo o estado de menor energia possível – estado fundamental. Segundo o Princípio da Construção (ou de Aufbau), para obter o estado de menor energia de um átomo, as orbitais devem ser preenchidas a partir das menos energéticas para as mais energéticas. Este princípio é também conhecido como Princípio de Energia Mínima.

3 2.4 Configurações eletrónicas dos átomos
Princípios e regras a seguir na distribuição dos eletrões nos átomos O preenchimento das orbitais com eletrões deve obedecer ao Princípio de Exclusão de Pauli, segundo o qual numa orbital só podem existir, no máximo, dois eletrões e com estados de spin diferentes. Fig. 1 | Wolfgang Pauli ( ) O número máximo de eletrões por nível é 2 n2. n = 1 há 2 × 12 → 2 eletrões; n = 2 há 2 × 22 → 8 eletrões; n = 3 há 2 × 32 → 18 eletrões; n = 4 há 2 × 42 → 32 eletrões.

4 6C 8O 2.4 Configurações eletrónicas dos átomos
Princípios e regras a seguir na distribuição dos eletrões nos átomos No preenchimento das orbitais com a mesma energia (orbitais p, orbitais d, …), atende-se à maximização do número de eletrões desemparelhados – Regra de Hund. 6C 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0 2p2 8O 1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1 2p4

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Diagrama de Pauling O químico Linus Pauling elaborou um diagrama que constitui um modo simples de encontrar a ordem crescente da energia das orbitais em átomos polieletrónicos.

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Diagrama de Pauling Os eletrões da última camada denominam-se eletrões de valência. Ao conjunto do núcleo com os eletrões mais internos do átomo chama-se cerne. Pode fazer-se a configuração eletrónica de um átomo representando os eletrões do cerne pela configuração eletrónica do gás nobre do período anterior na Tabela Periódica, seguida dos eletrões de valência. 11Na: [Ne] 3s1 21Sc: [Ne] 4s2 3d1

7 8O 2.4 Configurações eletrónicas dos átomos
Energia de remoção eletrónica A energia de remoção é a energia mínima necessária para extrair um eletrão de um átomo com a configuração eletrónica completa no estado gasoso e fundamental, originando um ião monopositivo. Dado que, em átomos polieletrónicos existem eletrões em diferentes estados de energia, as energias de remoção correspondentes variam conforme esses estados de energia. 8O 1s2 2s2 2p4 3 valores de energia de remoção

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Energia de remoção eletrónica Eremoção mínima Quando uma radiação (feixe de fotões) com uma energia superior às energias de remoção incide num conjunto de átomos, são extraídos eletrões com várias energias cinéticas. Efotão incidente = Eremoção + Ecinética Eremoção máxima

9 2.4 Configurações eletrónicas dos átomos
Espetroscopia fotoeletrónica A espetroscopia fotoeletrónica é uma técnica que consiste na incidência de um feixe de radiação altamente energética sobre a amostra em estudo na fase gasosa, de modo a remover-lhe eletrões. Orbitais Energia de remoção dos eletrões (J/eletrão) Energia dos eletrões no átomo (J/eletrão) 3s1 0,82×10-18 - 0,82×10-18 2p6 4,98×10-18 2s2 10,2×10-18 - 10,2×10-18 1s2 172×10-18 - 172×10-18 A partir dos dados de espetroscopia fotoeletrónica em átomos diferentes, conclui-se que um átomo de um dado elemento químico apresenta diferentes valores de energia de remoção eletrónica de acordo com o nível e o subnível de energia ocupados pelos seus eletrões. Para os eletrões do átomo de sódio

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Espetro fotoeletrónico Sódio, Na No espetro, a dupla barra separa diferentes zonas que correspondem a diferentes níveis de energia. 2p Número relativo de eletrões 1s 2s 3s Energia de remoção / MJ mol−1 Da análise do espetro conclui-se: Tem 4 picos de energias de remoção que correspondem a 4 orbitais de energia diferentes. Como existem dois valores com a mesma ordem de grandeza, correspondem a dois subníveis do mesmo nível, neste caso 2s e 2p.

11 2.4 Configurações eletrónicas dos átomos
Atividade Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes. A configuração eletrónica do átomo de enxofre 16S é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4. A configuração eletrónica 1s2 2s2 2p6 3p4 corresponde à configuração eletrónica do silício no estado fundamental. Dependendo do tipo de orbital esta poderá acomodar mais de dois eletrões. Os eletrões numa orbital possuem obrigatoriamente spin’s opostos. A sequência de tamanho nas orbitais é 1s < 2s < 2p < 3s <…

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Atividade – Resolução Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes. A configuração eletrónica do átomo de enxofre 16S é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 A configuração eletrónica 1s2 2s2 2p6 3p4 corresponde à configuração eletrónica do silício no estado fundamental. Dependendo do tipo de orbital esta poderá acomodar mais de dois eletrões. Os eletrões numa orbital possuem obrigatoriamente spin’s opostos. A sequência de tamanho nas orbitais é 1s < 2s < 2p < 3s <… Verdadeira. Falsa. Corresponde à configuração eletrónica do silício num estado excitado. Falsa. Em cada orbital só podem existir dois eletrões. Verdadeira. Verdadeira.

13 Em síntese 2.4 Configurações eletrónicas dos átomos
Distribuição dos eletrões pelas orbitais: obedece aos seguintes princípios: − Princípio da Construção (de Aufbau), também conhecido por Princípio de Energia Mínima: para obter um estado de energia mínima de um átomo, devem preencher-se as orbitais a partir das menos energéticas, por ordem crescente de energia. − Princípio de exclusão de Pauli: numa orbital só podem existir, no máximo, dois eletrões com estado de spin diferentes. − Regra de Hund: no preenchimento das orbitais de igual energia, distribui-se primeiro um eletrão por cada orbital, de modo a ficarem com o mesmo spin, e só depois se completam, ficando com spin’s opostos.

14 Em síntese 2.4 Configurações eletrónicas dos átomos
Energia de remoção eletrónica: energia mínima necessária para remover um eletrão de um átomo completo de um elemento, transformando-o num ião monopositivo. Espetroscopia fotoeletrónica: técnica que permite determinar as energias de remoção dos eletrões num átomo polieletrónico e, consequentemente, a energia desses eletrões dentro do átomo.