DIAGRAMA DAS DIAGONAIS

• Bohr• Sommerfeld• Madelung• Linus Pauling• Diagrama• Distribuição eletrônicaPROF. T IAGO QUICK

CAMADAS ELETRÔNICAS &NÍVEIS ENERGÉTICOS

Consequências do Modelo Atômico de Bohr (camadas eletrônicas e níveis de energia) e contribuições de Sommerfeld (subníveis de energia)

Camada

EletrônicaK L M N O P Q

Nível Energético 1 2 3 4 5 6 7

N° máximo de

Elétrons2 8 18 32 32 18 8

O QUE É O DIAGRAMA DAS DIAGONAIS:

O Diagrama de Distribuição Eletrônica ou Diagrama das

Diagonais consiste num modelo que auxilia na configuração dos elétrons

dos átomos e dos íons através de subníveis de energia. Este método é

usado na Química para determinar algumas características dos átomos.

Também conhecido como Diagrama de Linus Pauling, O

Princípio de Aufbau, do cientista alemão Erwin Madelung, ajuda a traçar

algumas propriedades dos átomos, como o número de camadas

preenchidas por elétrons e o número de camadas de elétrons que o átomo

possui, por exemplo.

O QUE É O DIAGRAMA DAS DIAGONAIS:

O cientista americano vencedor de dois prêmios

Nobel, Linus C. Pauling (1901 - 1994) é o responsável por

desenvolver esta teoria, baseado no princípio da construção (Aufbau

em alemão), considerada uma das que melhor explica a distribuição

eletrônica ao redor dos átomos.

Como se sabe, a tabela periódica organiza os elementos

químicos a partir do número atômico em ordem crescente.

O Diagrama das diagonais, em conjunto com a tabela

periódica, ajuda a fornecer informações sobre os átomos que

formam esses elementos.

O diagrama se baseia nos subníveis de energia do átomo

para organizar os elétrons. Estes são dispostos a partir do de

menor para o de maior energia, quando o átomo se encontra no seu

estado fundamental.

DIAGRAMA DAS DIAGONAISA eletrosfera dos átomos é formada por 7 (sete) camadas eletrônicas, representadas pelas letras:

K, L, M, N, O, P e Q. Cada camada permite um número máximo de elétrons:

Camadas

Eletrônicas

Níveis

Energéticos

N.º Máximo de

Elétrons

Subníveis de

Energia

K 1 2 e- 1s2

L 2 8 e- 2s2 2p6

M 3 18 e- 3s2 3p6 3d10

N 4 32 e- 4s2 4p6 4d10 4f14

O 5 32 e- 5s2 5p6 5d10 5f14

P 6 18 e- 6s2 6p6 6d10

Q 7 8 e- 7s2 7p6

DIAGRAMA DAS DIAGONAIS

Subnível Nº de Elétrons por Subnível

s = sharp (nítido) até 2 elétrons

p = principal (principal) até 6 elétrons

d = diffuse (difuso) até 10 elétrons

f = fundamental (fundamental) até 14 elétrons

Nota-se que a camada K apresenta apenas um subnível (s), que permite a existência de até 2

elétrons.

A camada L tem dois subnível (s e p), sendo que p comporta até 6 elétrons.

Ainda existem os subníveis d (com até 10 elétrons) e f (com 14 elétrons, no máximo).

DIAGRAMA DAS DIAGONAIS

Assim, a partir deste esquema, Pauling organizou os elétrons seguindo uma ordem

crescente de energia nos diferentes subníveis.

Usando setas diagonais, encontra-se a seguinte sequência (energética) no Diagrama

de Linus Pauling:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6.

DIAGRAMA DAS DIAGONAIS

DIAGRAMA DAS DIAGONAIS (CONCEITOS INICIAIS)

CAMADAS, NÍVEIS, SUBNÍVEIS & ORBITAIS

DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA

Para realizar a distribuição eletrônica, usamos o número atômico do átomo, que é identificado pelo seu número atômico (Z). Para isso usamos também o diagrama das diagonais.

Exemplo:

3Li = 1s2 2s1

10Ne = 1s2 2s2 2p6

11Na = 1s2 2s2 2p6 3s1

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

1s2

Nível Energético ou

Camada Eletrônica

Subnível Energético

N° Máximo de

Eletrons

CAMADA DE VALÊNCIA

A camada de valência é a última camada ocupada por elétrons. Ela pode ser identificada pelo maior nível energético presente na distribuição eletrônica de um átomo

Exemplo:

3Li = 1s2 2s1

10Ne = 1s2 2s2 2p6

11Na = 1s2 2s2 2p6 3s1

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Camada de Valência

SUBNÍVEL MAIS ENERGÉTICO

O subnível mais energético é identificado pelo último subnível escrito numa distribuição eletrônica de um átomo

Exemplo:

3Li = 1s2 2s1

10Ne = 1s2 2s2 2p6

11Na = 1s2 2s2 2p6 3s1

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Subnível mais energético

CAMADA DE VALÊNCIA X SUBNÍVEL MAIS ENERGÉTICO

Nem sempre há uma coincidência entre a camada de valência e o subnível mais energético. Usando a identificação para cada um deles, temos o que é mostrado abaixo:

Exemplo:

3Li = 1s2 2s1

10Ne = 1s2 2s2 2p6

11Na = 1s2 2s2 2p6 3s1

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Camada de Valência

Subnível mais energético

EXERCÍCIOS

1. Identifique a CAMADA DE VALÊNCIA de cada elemento químico a seguir:

a) 3Li7

b) 11Na23

c) 19K39

d) 12Mg24

e) 8O16

f) 9F19

g) 17Cl35

h) 20Ca40

i) 6C12

j) 7N14

k) 35Br80

l) 13Al27

m) 16S32

EXERCÍCIOS

1. Identifique o SUBNÍVEL MAIS ENERGÉTICO de cada elemento químico a seguir:

a) 3Li7

b) 11Na23

c) 19K39

d) 12Mg24

e) 8O16

f) 9F19

g) 17Cl35

h) 20Ca40

i) 6C12

j) 7N14

k) 35Br80

l) 13Al27

m) 16S32

DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA

Distribuição Eletrônica por níveis e subníveis

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Distribuição eletrônica por camadas eletrônicas

K = 2; L= 8; M= 14; N = 2

ORDEM ENERGÉTICA E ORDEM GEOMÉTRICA Exemplos:

Distribuição Eletrônica por níveis e subníveis 26Fe =1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Distribuição eletrônica por camadas 26Fe - K = 2; L= 8; M= 14; N = 2.

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 Ordem Energética

26Fe = 1s2 / 2s2 2p6 / 3s2 3p6 3d6 / 4s2 Ordem Geométrica

K L M N

Camadas Eletrônicas

EXERCÍCIOS

1. Realize a distribuição eletrônica POR NÍVEIS E SUBNÍVEIS dos elementos a seguir:

a) 3Li7

b) 11Na23

c) 19K39

d) 12Mg24

e) 8O16

f) 9F19

g) 17Cl35

h) 20Ca40

i) 6C12

j) 7N14

k) 35Br80

l) 13Al27

m) 16S32

EXERCÍCIOS

1. Realize a distribuição eletrônica pela ORDEM GEOMÉTRICA dos elementos a seguir:

a) 3Li7

b) 11Na23

c) 19K39

d) 12Mg24

e) 8O16

f) 9F19

g) 17Cl35

h) 20Ca40

i) 6C12

j) 7N14

k) 35Br80

l) 13Al27

m) 16S32

EXERCÍCIOS

1. Realize a distribuição eletrônica POR CAMADAS dos elementos a seguir:

a) 3Li7

b) 11Na23

c) 19K39

d) 12Mg24

e) 8O16

f) 9F19

g) 17Cl35

h) 20Ca40

i) 6C12

j) 7N14

k) 35Br80

l) 13Al27

m) 16S32

NÚMEROS QUÂNTICOS

• De Broglie

• Heisenberg

• Schrödinger

• Números quânticos: Primário,

Secundário, Magnético, Spin

• OrbitaisPROF. T IAGO QUICK

CONCEITOS INICIAIS

Louis De BroglieO elétron se comporta ora como partícula, ora como onda, dependendo do tipo de experimento.

Se a luz apresenta natureza dual, uma partícula também apresenta propriedades ondulatórias

“A todo elétron em movimento está associada uma onda característica”

CONCEITOS INICIAIS

Werner HeisenbergPRINCÍPIO DA INCERTEZA:

“Quanto maior for a precisão da medida da posição do elétron, menor será a precisão na medida de sua velocidade e vice-versa”

“Não é possível calcular a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante”

CONCEITOS INICIAIS

Erwin SchrödingerPropôs um experimento para comprovar o princípio da incerteza, que ficou conhecido como o gato de Schrödinger

CONCEITOS INICIAIS

Erwin SchrödingerO QUE É O EXPERIMENTO DO GATO DE SCHRÖDINGER?

É uma experiência mental, frequentemente descrita como um paradoxo, desenvolvida pelo físico austríaco Erwin Schrödinger, em 1935.

A experiência procura ilustrar a interpretação de Copenhague da mecânica quântica, imaginando-a aplicada a objetos do dia-a-dia. No exemplo, há um gato encerrado em uma caixa, de forma a não estar apenas vivo ou apenas morto, mas sim "vivomorto".

Por sua vida supostamente atrelar-se a um evento aleatório - usualmente o decaimento radioativo - um gato "vivomorto" surgiria como reflexo de um estado físico atípico ao senso comum mas presente em sistemas quânticos: o estado emaranhado. Em termos técnicos, o estado "vivomorto" (claramente distinto do estado vivo e distinto do estado morto) compõe-se pelo emaranhamento desses dois estados e constitui de fato, segundo o que se busca elucidar, a situação do gato no experimento, ao menos enquanto o sistema permanecer fechado, sem ser observado.

CONCEITOS INICIAIS

A interpretação de Copenhague é a interpretação mais comum da Mecânica Quântica e foi desenvolvida por Niels Bohr e Werner Heisenberg que trabalhavam juntos em Copenhague em 1927. Pode ser condensada em três teses:

As previsões probabilísticas feitas pela mecânica quântica são irredutíveis no sentido em que não são um mero reflexo da falta de conhecimento de hipotéticas variáveis escondidas. No lançamento de dados, usamos probabilidades para prever o resultado porque não possuímos informação suficiente apesar de acreditarmos que o processo é determinístico. As probabilidades são utilizadas para completar o nosso conhecimento. A interpretação de Copenhague defende que em Mecânica Quântica, os resultados são indeterminísticos.

A Física é a ciência dos resultados de processos de medida. Não faz sentido especular para além daquilo que pode ser medido. A interpretação de Copenhaga considera sem sentido perguntas como "onde estava a partícula antes de a sua posição ter sido medida?".

O ato de observar provoca o colapso da função de onda, o que significa que, embora antes da medição o estado do sistema permitisse muitas possibilidades, apenas uma delas foi escolhida aleatoriamente pelo processo de medição, e a função de onda modifica-se instantaneamente para refletir essa escolha.

CONCEITOS INICIAIS

A complexidade da mecânica quântica (tese 1) foi atacada pela experiência (imaginária) de Einstein-Podolsky-Rosen, que pretendia mostrar que têm que existir variáveis escondidas para evitar "efeitos não locais e instantâneos à distância". A desigualdade de Bell sobre os resultados de uma tal experiência foi derivada do pressuposto de que existem variáveis escondidas e não existem "efeitos não-locais". Em 1982, Alain Aspect levou a cabo a experiência e descobriu que a desigualdade de Bell era violada, rejeitando interpretações que postulavam variáveis escondidas e efeitos locais. Esta experiência foi alvo de várias críticas e novas experiências realizadas por Weihs e Rowe confirmaram os resultados de Aspect.

Muitos físicos e filósofos notáveis têm criticado a interpretação de Copenhague, com base quer no fato de não ser determinista quer no fato de propor que a realidade é criada por um processo de observação não físico. As frases de Einstein "Deus não joga aos dados" e "Pensas mesmo que a Lua não está lá quando não estás a olhar para ela?" ilustram a posição dos críticos. A experiência do Gato de Schroedinger foi proposta para mostrar que a Interpretação de Copenhague é absurda. A alternativa principal à Interpretação de Copenhague é a Interpretação de Everett dos mundos paralelos.

CONFERÊNCIA DE SOLVAY

ORBITAL

É a região do espaço ao redor do núcleo onde é máxima a probabilidade de encontrar um determinado elétron

ORBITAIS

O QUE SÃO NÚMEROS QUÂNTICOS?

Como não é intuito discutir a evolução dos modelos atômicos neste momento, basta-

nos reconhecer que os números quânticos são conceitos fundamentais evidenciados

pelo modelo atômico de Schrödinger. A teoria do modelo atômico de Schrödinger é

aceita atualmente e assume a existência de números quânticos conhecidos (s, p, d, f)

e também teóricos (g, h, i...), pautando-se em quatro características oriundas da

Mecânica Quântica.

NÚMEROS QUÂNTICOSPrincipal (n) – corresponde ao nível energético em que

o elétron está localizado

Pode variar de 1 a 7

Secundário ou Azimutal (l) – corresponde ao

subnível ocupado pelo referido elétron

Pode variar de 0 até 3 (relacionado ao subnível energético)

NÚMEROS QUÂNTICOS

Magnético (m ou ml) – identifica o orbital ocupado pelo elétron mais

energético

Pode variar de -3 a +3 (-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3)

NÚMEROS QUÂNTICOS

Spin (s ou ms) – indica o sentido de rotação do elétron (convencionado)

Pode ter os valores +½ ou -½

REGRA DE HUNDA Regra de Hund ou Princípio da Máxima Multiplicidade foi desenvolvida pelofísico alemão Friedrich Hermann Hund, mostra que, quanto maior o número deelétrons com spin paralelos num orbital incompleto, menor será a energia.

“Em um mesmo subnível, inicialmente, todos os orbitais recebem seu primeiro elétron e somente depois cada orbital recebe o seu segundo elétron”

PRINCÍPIO DA EXCLUSÃO DE PAULIO princípio de exclusão de Pauli é um princípio da mecânica quântica formulado por WolfgangPauli em 1925. Para elétrons de um mesmo átomo, ele implica que dois elétrons não podem ter osmesmos quatro números quânticos.

Por exemplo, se os números quânticos n, l e m são iguais nos dois elétrons, estes deverãonecessariamente ter os números de spin diferentes, e portanto os dois elétrons têm spins opostos.

“Um orbital comporta no máximo dois elétrons, com spins contrários”

Exemplo:

1s2 2s2 2p2 e 1s2 2s2 2p5

n = 2 n = 2

l = 1 l = 1

m = 0 m = 0

s = -1/2 s = +1/2

REPRESENTAÇÃO DOS ORBITAIS

EXERCÍCIOS

1. Escreva os quatro NÚMEROS QUÂNTICOS do último elétron de cada elemento químico a seguir. Não esqueça de desenhar a representação dos orbitais:

a) 3Li7

b) 11Na23

c) 19K39

d) 12Mg24

e) 8O16

f) 9F19

g) 17Cl35

h) 20Ca40

i) 6C12

j) 7N14

k) 35Br80

l) 13Al27

m) 16S32