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