Professor Xuxu

QUÍMICA  GERAL    

NÚMEROS QUÂNTICOS

PARTÍCULAS ATÔMICAS

NÚCLEO ELETROSFERA

NÚCLEO: Contém Prótons e Nêutrons.

ELÉTROSFERA: Contém Elétrons.

Partículas Carga Relativa Massa Relativa Prótons + 1 1

Nêutrons 0 1 Elétrons - 1 1/1840

REVISÃO

Química Geral

NÚMERO ATÔMICO E MASSA ATÔMICAS

ÁTOMO DE HIDROGÊNIO

ÁTOMO DE HÉLIO

ÁTOMO DE SÓDIO

1 Próton

Nenhum Nêutron

1 Elétron

2 Prótons

2 Nêutrons

2 Elétrons

11 Prótons

12 Nêutrons

11 Elétrons

Número Atômico = 1

Número Massa = 1

Número Atômico = 2

Número Massa = 4

Número Atômico = 11

Número Massa = 23

Química Geral

Número Atômico (Z) = É o número correspondente à carga nuclear, ou seja, o número de prótons existente no núcleo.

Número Massa (A) = É o número correspondente à soma das quantidades de prótons e de nêutrons existentes no núcleo.

Z = p

Z = Número Atômico.

p = Número de Prótons.

A = p + n

A = Número de Massa.

p = Número de Prótons.

n = Número de Nêutrons.

Química Geral

Exercícios

1. O átomo de magnésio apresenta doze prótons e doze nêutrons. Qual o número atômico e o número de massa deste elemento?

2. Descobrir o número de prótons, de nêutrons e de elétrons do átomo de carbono que apresenta Z = 6 e A = 13.

Química Geral

Níveis eletrônicos de energia Orbitais: Os orbitais correspondem a regiões do átomo com maior probabilidade de se encontrar determinado elétron (maior manifestação eletrônica). Cada orbital acomoda no máximo dois elétrons e, quando os elétrons ocupam um mesmo orbital, são ditos emparelhados e devem possuir sentidos de rotação (spins) contrários. •Dois elétrons com spins em direções opostas são ditos spins antiparalelos.

UNIDADE 2 - NÚMEROS QUÂNTICOS

2 - Números Quânticos

As teorias da MECÂNICA QUÂNTICA, definidas por Planck, De Broglie, Schrödinger e Heisemberg, dentre outras, auxiliaram na identificação dos elétrons. A estrutura eletrônica dos átomos se deduz através de um conjunto de níveis de energias quantizadas, que os elétrons podem possuir.

Os NÚMEROS QUANTICOS são os modelos que nos auxiliam na localização

e identificação da posição do elétron na orbita de um átomo.

1. Números Quânticos Principal (n); 2. Números Quânticos Secundário (l); 3. Números Quânticos Magnético (ml); 4. Números Quânticos Spin (ms);

Química Geral

Orbitais: Os orbitais correspondem a regiões do átomo com maior probabilidade de se encontrar determinado elétron (maior manifestação eletrônica). Cada orbital acomoda no máximo dois elétrons e, quando os elétrons ocupam um mesmo orbital, são ditos emparelhados e devem possuir sentidos de rotação (spins) contrários. •Dois elétrons com spins em direções opostas são ditos spins antiparalelos.

Subníveis de energia •Os orbitais em um átomo são agrupados em subcamadas e, na ausência de qualquer campo magnético aplicado externamente, todos os orbitais de uma mesma subcamada têm a mesma energia. •Em átomos no seu estado fundamental podem existir quatro tipos de subcamadas, designadas pelas letras s , p , d , f , que consistem em 1, 3, 5 e 7 orbitais, respectivamente.

1. Números Quânticos Principal (n): É um número inteiro que representa os níveis de energia, desde n = 1, para o primeiro nível; n = 2 para o segundo nível e assim até o infinito.

Como nos átomos conhecidos número máximo de camada é igual a 7, o NÚMERO QUÂNTICO PRINCIPAL VARIA DE 1 A 7.

1 2 3 4 5 6 7

O NÚMERO QUÂNTICO PRINCIPAL foi deduzido independentemente por Bohr e Schrödinger, pela fórmula:

E = - 2.π2 . m . e4 . Z2

n2. h2

E = energia de uma camada;

m = massa de um elétron;

e = carga de um elétron;

Z = número atômico;

h = constante de Planck;

n número quântico principal;

Química Geral

O cientista Sueco Johannes Robert Rydberg definiu o número máximo de elétrons nas camada.

Número máximo de elétrons nas camadas = 2n2

Camada Número Quântico Principal

(n)

Número máximo de elétron (Teórico)

(2n2)

Número máximo de elétron (Prática)

(2n2)

K 1 2.12 = 2 2

L 2 2.22 = 8 8

M 3 2.32 = 18 18

N 4 2.42 = 32 32

O 5 2.52 = 50 32

P 6 2.62 = 72 18

Q 7 2.72 = 98 2

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Exercícios

3. Qual o número máximo de elétrons nas camadas atômicas K, M, O e Q?

4. Se o número quântico principal de um elétron for igual a 6 ele estará localizado em que camada?

2. Números Quânticos Secundário (l): Também conhecido como número quântico de momento angular do orbital. Caracteriza a uma subdivisão de energia dentro de cada camada, revelando, desta maneira a existência do Subnível de Energia.

l = 0; 1; 2; ...; n - 1 l = 0; l = 1; l = 2; l = 3;

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ℓ=0 : corresponde ao subnível s, onde existe somente uma orientação (ml = 0).

ℓ=1: corresponde ao subnível p, onde existem três orientações permitidas, que surgem em decorrência dos três valores de ml (+1, 0, -1). Os três orbitais p são denominados px, py e pz e são orientados de acordo com os três exos cartesianos (x, y e z).

ℓ=2: corresponde ao subnível d onde existem cinco orientações permitidas, ou seja, cinco valores de ml (-2, -1, 0, +1, +2). São designados por dz2 (orientação coincidente com o eixo z), dx2-y2 (orientação coincidente com os eixos x e y, simultaneamente), dxy (orientado entre os eixos x e y), dyz (orientado entre os eixos y e z) e dxz (orientado entre os eixos x e z).

ℓ=3: corresponde ao subnível f onde existem sete orientações permitidas, ou seja, sete valores de ml (-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3). Os orbitais f apresentam formas ainda mais exóticas, que podem ser derivadas da adição de um plano nodal às formas dos orbitais d. Apresentam n-4 nós radiais.

Camada Subníveis Existentes na Camada Quantidade de Subníveis na Camada

K (n = 1) s (l = 0); 1

L (n = 2) s (l = 0); p (l = 1) 2

M (n = 3) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); 3

N (n = 4) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); f (l = 3) 4

O (n = 5) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); f (l = 3) 4

P (n = 6) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); 3

Q (n = 7) s (l = 0); 1

l = 0 indica o subnível s

l = 1 indica o subnível p

l = 2 indica o subnível d

l = 3 indica o subnível f

Química Geral

1 K

2 L

3 M

4 N

5 O

6 P

7 Q

1s

2s

3s

4s

5s

6s

7s

2p

3p

4p

5p

6p

3d

4d

5d

6d

4f

4f

Química Geral

Cada subnível pode representar um ou mais orbitais, sendo que, O NÚMERO MÁXIMO DE ORBITAIS É CALCULADO PELA EXPRESSÃO:

2l + 1

l = 0 (2.0 +1) = 1 - corresponde ao subnível s

l = 1 (2.1 +1) = 3 - corresponde ao subnível p

l = 2 (2.2 +1) = 5 - corresponde ao subnível d

l = 3 (2.3 +1) = 7 - corresponde ao subnível f

s

p

d

f

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O NÚMERO MÁXIMO DE ELÉTRONS NO SUBNÍVEL É CALCULADO PELA EXPRESSÃO:

2.(2l + 1)

l = 0 2. (2.0 +1) = 2 ELÉTRONS

l = 1 2. (2.1 +1) = 6 ELÉTRONS

l = 2 2. (2.2 +1) = 10 ELÉTRONS

l = 3 2. (2.3 +1) = 14 ELÉTRONS

s

p

d

f

O NÚMERO MÁXIMO DE ELÁTRONS NAS CAMADAS 32

Química Geral

1 K

2 L

3 M

4 N

5 O

6 P

7 Q

1s

2s

3s

4s

5s

6s

7s

2p

3p

4p

5p

6p

3d

4d

5d

6d

4f

4f

2 elétrons

8 elétrons

18 elétrons

32 elétrons

32 elétrons

18 elétrons

2 elétrons

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Exercícios

5. Determine em que camada se localiza o elétron que apresenta:

a) n = 2;

b) n = 4;

c) n = 6;

d) n = 7;

6. Indique a camada e o subnível em que se localiza o elétron que apresenta os seguintes números quânticos:

a) n = 2; l = 1;

b) n = 4; l = 0;

c) n = 6; l = 3;

d) n = 3; l = 2;

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7. Quantos elétrons podem apresentar nas camadas abaixo:

a) n = 2;

b) n = 4;

c) n = 6;

d) n = 7;

Química Geral

3. Números Quânticos Magnético (ml): Caracteriza o orbital em que existe a probabilidade de se encontrar o elétrons. O número quântico magnético assume valores positivos e negativos.

l = 0 (2.0 +1) = 1 - corresponde ao subnível s

l = 1 (2.1 +1) = 3 - corresponde ao subnível p

l = 2 (2.2 +1) = 5 - corresponde ao subnível d

l = 3 (2.3 +1) = 7 - corresponde ao subnível f

s

ml = 0

d

ml = -2, -1, 0, 1, 2

f

ml = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

p

ml = -1, 0, 1

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4. Números Quânticos Spin (ms): De acordo com a mecânica quântica um elétron tem dois estados de spin representados pelas setas sendo que estas setas só podem assumir dois valores +1/2 e -1/2.

Química Geral

�  Quando os átomos de hidrogênio, atravessam um campo magnético provocado por um imã, desviam-se em sentidos opostos. Isto acontece porque os elétrons têm um movimento de rotação e gerando campo magnético.

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Experiência de Stern-Gerlach

Exercícios

8. Os três números quânticos de um elétron em um determinado estado são: n = 4; l = 2; ml = -1. Em que tipo de orbital este elétrons está localizado?

9. Localizar o elétron representado pelos números quânticos n = 5; l = 2; ml = 1 e ms = 1/2.

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10. Indicar os números quânticos do elétron situado na camada L, subnível p e orbital central.

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Sequência de Energia dos Subnívies.

Linus Pauling (1901 a 1994): Químico norte americano desenvolveu a metodologia prática que fornece a ordem crescente de energia dos subníveis.

Tem maior energia o elétron que apresenta a maior soma dos números quânticos principal e secundário ( n + l).

Exemplo1: Entre os subníveis 5d e 6s qual o de maior energia?

5d - n = 5; l = 2. n + l = 7.

6s - n = 6; l = 0. n + l = 6. 5d é o de maior energia.

Exemplo2: Entre os subníveis 4p e 5s qual o de maior energia?

4p - n = 4; l = 1. n + l = 5.

5s - n = 5; l = 0. n + l = 5.

5s é o de maior energia, pois apresenta maior número quântico principal.

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1 K

2 L

3 M

4 N

5 O

6 P

7 Q

1s

2s

3s

4s

5s

6s

7s

2p

3p

4p

5p

6p

3d

4d

5d

6d

4f

4f

2 elétrons

8 elétrons

18 elétrons

32 elétrons

32 elétrons

18 elétrons

2 elétrons

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

Química Geral

Regra de Hund: Princípio da Máxima Multiplicidade.

A distribuição dos elétrons é feita em duas etapas:

1. Coloca-se inicialmente um elétron em cada orbital, este deve apresentar spins paralelos;

2. Após cada orbital, do mesmo subnível, apresentar um elétron inicia-se o emparelhamento dos demais.

1 Elétron

2 Elétrons

3 Elétrons

5 Elétrons

Química Geral

11. Fazer a distribuição eletrônica para os átomos abaixo. Identificar o última camada, e o subnível mais energético.

a) Na (Z=11); b) Mn (Z=25); c) Co (Z=27).

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IMPORTANTE: OS ELÉTRONS MAIS EXTERNOS SÃO USADOS NA FORMAÇÃO DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS. A TEORIA QUE DEFINE ESTAS LIGAÇÕES É CONHECIDA COMO TEORIA DA LIGAÇÃO PELA VALÊNCIA.

11. Fazer a distribuição eletrônica para os átomos dos gases nobres, dos metais alcalinos, alcalinos terrosos e halogênios.

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GEOMETRIA DOS ORBITAIS

É a região do espaço onde existe a máxima probabilidade de se encontrar um elétron.

Ψv = [2/L]1/2 . sen [n πk/L]

Ψv = Função de Onda;

L = Comprimento;

n = número quântico;

Schrödinger 1927

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+

n = 1 n = 2 n = 3

1s

2s

3s

ORBITAL ATÔMICO S

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Probabilidade de se encontrar o elétron = Ψ2

Nós Ψ2 =0

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Química Geral

+

n = 1

n = 2

n = 3

O orbital “p” existe a partir da secunda camada (n = 2, 3, ...)

3px 3py 3pz

2px 2py 2pz

ORBITAL ATÔMICO P

Química Geral

Química Geral

+

n = 1 n = 2 n = 3

3dz2 3dxz 3dyz 3dxy 3dx2-y2

ORBITAL ATÔMICO D

O orbital “p” existe a partir da terceira camada (n = 3, 4, 5...)

Química Geral

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Do not appear until the 4th shell and higher

ORBITAL ATÔMICO F

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Exercício Quais os números quânticos (n, ℓ, mℓ e ms) do último elétron (elétron de diferenciação)? Faça os diagramas de orbitais e de construção. a) 15P b) 26Fe c) 20Ca d) 9F