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Números Quânticos
As orbitais atómicas são caracterizadas através dos chamados números
quânticos, que fornecem informação sobre a energia, tamanho, forma e
orientação da orbital.
(n, ℓ, mℓ)
Caracterização das orbitais atómicas
• Número quântico principal (n): relaciona-se com a energia e o tamanho da orbital
n = 1, 2, 3, …
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 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
mℓ = - ℓ, …, 0, … + ℓ
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
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
2
1
2
1
2
1
2
1
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.
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
011226 22221 zyx pppssC
Átomo de Azoto ( 7N )
sete electrões
Configuração electrónica:
111227 22221 zyx pppssN
1s22s22p3
Átomo de Oxigénio ( 8O )
oito electrões
Configuração electrónica:
112228 22221 zyx pppssO
1s22s22p4
Átomo de Flúor ( 9F )
nove electrões
Configuração electrónica:
122229 22221 zyx pppssF
1s22s22p5
Átomo de Néon ( 10Ne )
dez electrões
Configuração electrónica:
2222210 22221 zyx pppssNe
1s22s22p6
Número de electrões na orbital
Designação da orbital
Designação dos electrões
0 Orbital vazia -
1 Orbital semipreenchida
Desemparelhados ou celibatário
2Orbital completa
ou totalmente preenchida
emparelhados
Distribuição electrónica
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.
12222211 322221 spppssNa zyx
Cerne do átomo
Electrão de valência
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
1. Escreve a configuração electrónica do fósforo (Z = 15).
2. Quais são os números quânticos dos electrões de valência do átomo de fósforo.
Última camada ocupada: n = 3
Orbital 3s:
Orbitais 3p:
111262215 3333221 zyx pppspssP
2
1,0,0,3;
2
1,0,0,3
2
1,1,1,3;
2
1,1,1,3;
2
1,0,1,3;
2
1,0,1,3;
2
1,1,1,3;
2
1,1,1,3