C i ê n c i a s d a N a t u r e z a e s u a s T e c n o l o g i a s Q U Í M I C A N O M E: N º T U R M A : D A T A :

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1 C i ê n c i a s d a N a t u r e z a e s u a s T e c n o l o g i a s Q U Í M I C A P r o f ª M á r c i a R i b e i r o N O M E: N º T U R M A : D A T A : C a m a d a s e l e t r ô n i c a s Os átomos são formados por um núcleo e uma eletrosfera. O núcleo é composto de prótons (partículas de carga positiva) e nêutrons (partículas de carga neutra). A eletrosfera é constituída pelos elétrons (partículas de carga negativa) que giram ao redor do núcleo. Acontece que os elétrons se distribuem na eletrosfera em posições diferentes, uns mais perto do núcleo e outros mais afastados, formando as chamadas camadas eletrônicas. Teoricamente há infinitas camadas que poderiam ser ocupadas pelos elétrons, mas experimentalmente observou-se que existem apenas sete. Elas são designadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q, sendo K a primeira camada, a mais próxima do núcleo. REPRESENTAÇÃO A. As camadas também podem ser consideradas níveis energéticos. Quando optamos por usar o termo níveis, devemos identificá-los usando os números de 1 a 7, que são chamados de números quânticos principais (n). O número 1 deve ser atribuído ao nível mais próximo do núcleo. Cada nível energético (ou camada) comporta um número máximo de elétrons (conforme mostra a tabela abaixo).

2 Quanto mais próxima do núcleo está uma camada, maior é a atração que o núcleo exerce sobre os elétrons dela e menos energia potencial esses elétrons possuem. Em compensação, os elétrons das camadas mais afastadas do núcleo são atraídos por ele com intensidade menor, e portanto possuem mais energia potencial. Isso significa que os elétrons mais próximos do núcleo, ou seja, os das camadas mais internas, são mais presos a ele, enquanto os elétrons das camadas mais externas são mais livres. Para designar esse grau de liberdade dos elétrons em relação ao núcleo usa-se o conceito de níveis energéticos. N í v e i s e s u b n í v e i s e n e r g é t i c o s Um nível é mais energético quanto maior for a energia potencial dos elétrons nele contidos. Em outras palavras, um nível é mais energético quanto mais afastado ele estiver do núcleo. (Observe a representação A). Se sabemos que o nível menos energético de todos é o 1 (correspondente à camada K, mais perto do núcleo) e o mais energético é o 7 (correspondente à camada Q, mais distante do núcleo), podemos concluir que a energia potencial dos elétrons é crescente do nível mais interno para o nível mais externo da eletrosfera. Essa regra é válida mesmo para os átomos que possuem menos de sete camadas. Mas a distribuição eletrônica não é feita somente em função dos níveis energéticos. Dentro dos níveis, os elétrons apresentam quantidades de energia características. Cada uma dessas quantidades corresponde a uma subdivisão do nível, dando origem aos chamados subníveis energéticos. Eles são quatro, designados pelas letras minúsculas s, p, d, f. Assim como os níveis, os subníveis apresentam números quânticos que indicam a energia do elétron dentro deles. São os chamados números quânticos secundários ou azimutais (l). Respectivamente, os subníveis s, p, d, f apresentam números quânticos secundários 0, 1, 2 e 3. Também de maneira semelhante aos níveis, cada subnível comporta uma quantidade máxima de elétrons. D i s t r i b u i ç ã o e l e t r ô n i c a s e g u n d o o d i a g r a m a de Linus Pauling Observe o diagrama de Linus Pauling. De cima para baixo, ele traz os níveis de energia em ordem crescente, representados pelos números de 1 a 7. Os subníveis que cada nível possui são representados pelas letras s, p, d, f. À direita de cada letra, um número sobrescrito indica a quantidade máxima de elétrons que o subnível comporta. As setas indicam o sentido em que o diagrama deve ser lido. Cada seta deve ser percorrida até o fim, para só então passarmos para o início da próxima. A leitura do diagrama nos fornece a ordem crescente dos subníveis de energia, que é a seguinte:

3 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 Essa é a ordem em que os elétrons se acomodam nos subníveis de energia. Para fazer a distribuição eletrônica, precisamos obedecer a essa ordem e observar o número máximo de elétrons que cada subnível comporta. A distribuição é feita preenchendo-se cada subnível antes de passar para o próximo. Se no último subnível houver menos elétrons que a capacidade máxima dele, não tem problema. Nesse caso, o número que acompanha a letra deve ser substituído pelo número de elétrons. Vejamos o exemplo da distribuição eletrônica do átomo neutro de Ferro, que possui 26 elétrons. O número atômico do ferro é 26. Segundo a ordem das setas, a distribuição é a seguinte: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6. Note que o subnível 3d, o último a ser preenchido, tem capacidade para até 10 elétrons, mas só havia 6 para serem alocados nele. S u b n í v e i s e m o r d e m e n e r g é t i c a e e m o r d e m g e o m é t r i c a No exemplo da distribuição do átomo de ferro, perceba que quando escrevemos a sequência de subníveis segundo as diagonais do diagrama, escrevemos exatamente na ordem crescente de energia: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6. Essa é a chamada ordem energética. A outra forma de representar a distribuição eletrônica por subníveis de energia é a a ordem geométrica. Nela, após fazer a distribuição conforme a ordem energética, agrupamos os subníveis de cada nível. No caso átomo neutro de ferro, a ordem geométrica fica assim: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2. S u b n í v e l m a i s e n e r g é t i c o e s u b n í v e l m a i s e x t e r n o A ordem energética nos permite identificar o subnível mais energético, que é sempre o último da sequência. No caso do ferro, é o subnível 3d 6. Já a ordem geométrica mostra o subnível mais externo, que também é sempre o último. O subnível mais externo do ferro é o 4s 2. Às vezes o subnível mais energético e o mais externo são o mesmo, mas quando isso acontece trata-se de uma coincidência. É sempre necessário ordenar os subníveis energeticamente para descobrir qual é o mais energético e geometricamente para identificar qual é o mais externo. D i s t r i b u i ç ã o e l e t r ô n i c a n a T a b e l a P e r i ó d i c a Os elementos são ordenados na tabela periódica de acordo com seu número atômico, a quantidade de prótons que eles têm. Em um átomo neutro, o número de elétrons é igual ao número de prótons, então é fácil determinar o número de elétrons pelo número atômico. Além disso, a posição de um elemento na tabela periódica - sua coluna ou grupo e sua fileira ou período - nos dão informações muito úteis sobre como esses elétrons estão organizados. Existe uma relação entre os períodos da Tabela Periódica e os níveis energéticos que os elementos apresentam. Note que a Tabela possui sete períodos, numerados de cima para baixo. O número de cada um deles corresponde à quantidade de níveis (ou camadas) que seus elementos apresentam. Assim, os elementos do primeiro período, Hidrôgenio e Hélio, apresentam apenas um nível energético, enquanto os do segundo período possuem dois níveis, e assim por diante, até o sétimo período. Semelhantemente, o número da coluna de um elemento dá informação acerca do seu número de elétrons de valência e reatividade. Em geral, o número de elétrons de valência é o mesmo dentro de uma coluna e aumenta da esquerda para a direita dentro de uma linha. Elementos do grupo 1 têm apenas um elétron de valência e elementos do grupo 18 têm oito, com exceção do hélio, que tem somente dois elétrons no total. Hidrogênio (H), Lítio (Li), e Sódio (Na), como elementos do grupo 1, têm apenas um elétron na camada de valência. Eles são instáveis como átomos individuais, mas podem se tornar estáveis perdendo ou compartilhando o elétron de valência. Se esses elementos perderem completamente um elétron, se tornam íons positivamente carregados: Li + e Na + Flúor (F) e Cloro (Cl), como elementos do grupo 17, têm sete elétrons na camada de valência. Eles tendem a atingir um octeto completo tirando um elétron de outros átomos, tornando-se íons negativamente: F - e Cl -.

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6 EXERCICIOS PARA VERIFICAR O APRENDIZADO 1.Um átomo excitado emite energia, muitas vezes em forma de luz visível, porque: a) um de seus elétrons foi arrancado do átomo. b) um dos elétrons desloca-se para níveis de energia mais baixos, aproximando-se do núcleo. c) um dos elétrons desloca-se para níveis de energia mais altos, afastando-se do núcleo. d) os elétrons permanecem estacionários em seus níveis de energia. e) os elétrons se transformam em luz, segundo Einstein. 2. Um átomo excitado emite energia, muitas vezes em forma de luz visível, porque: a) um dos elétrons decai para níveis de energia mais baixos, aproximando-se do núcleo. b) um dos elétrons foi arrancado do átomo. c) um dos elétrons desloca-se para níveis de energia mais altos, afastando-se do núcleo. d) os elétrons permanecem estacionários em seus níveis de energia. 3. Um elemento químico da família dos halogênios (7 elétrons na camada de valência) apresenta 4 níveis energéticos na sua distribuição eletrônica. Qual é o número atômico desse elemento? 4. Alguns elementos apresentam, no seu estado fundamental e no seu nível mais energético, a distribuição eletrônica np x. Dentre os elementos abaixo, o que apresenta o maior valor de x é: a) 13 Al. d) 35 Br. b) 15 P. e) 34 Se. c) 14 Si. 5. Qual o número atômico do elemento que apresenta o subnível mais energético 5p 4? 6. O cloreto de sódio (NaCl) representa papel importante na fisiologia da pessoa, pois atua como gerador do ácido clorídrico no estômago. Com relação ao elemento químico cloro (Z = 17), Qual o número de elétrons no subnível p? 7. Dos números atômicos que seguem, qual corresponde a um elemento químico com 5 elétrons de valência? a) 5. b) 33. c) 13. d) 40. e) O elemento cujo átomo tem o maior número de elétrons em sua camada mais externa é aquele cujo número atômico é igual a: a) 2. b) 11. c) 4. d) 12. e) Um elemento cujo átomo possui 20 nêutrons apresenta distribuição eletrônica no estado fundamental 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1, tem: a) número atômico 20 e número de massa 39. b) número atômico 39 e número de massa 20. c) número atômico 19 e número de massa 20. d) número atômico 19 e número de massa 39. e) número atômico 39 e número de massa Um átomo tem número de massa 31 e 16 nêutrons. Qual o número de elétrons no seu nível mais externo? a) 2. b) 3. c) 4. d) 5. e) 8.

7 11. Os átomos dos elementos X e Y apresentam, respectivamente, apenas 1 elétron nos subníveis 3d e 4d, logo, podemos afirmar que seus números atômicos são: a) 19 e 39. b) 21 e 39. c) 21 e 42. d) 11 e 26. e) 19 e A configuração eletrônica do íon Ni 2+ (Z = 28) é: a) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 c) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 7 d) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d Na configuração eletrônica de um elemento químico há dois elétrons no subnível 3d. Qual o número atômico desse elemento?