3.2. ORBITAIS E NÚMEROS QUÂNTICOS 3.3. CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS. Aline Lamenha

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1 3.2. ORBITAIS E NÚMEROS QUÂNTICOS 3.3. CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS Aline Lamenha

2 OBJETIVOS Referir os contributos de vários cientistas e das suas propostas de modelo atómico, para a criação do modelo atómico atual; Descrever o modelo quântico do átomo em termos de números quânticos (n, l, m l e m s ), orbitais e níveis de energia; Escrever as configurações eletrônicas dos átomos dos elementos (Z 23), atendendo ao Princípio da Energia Mínima, ao Princípio de Exclusão de Pauli, e à Regra de Hund.

3 MODELOS ATÔMICOS Dalton (séc. XIX) 0s átomos eram indivisíveis (não tinham outras partículas no seu interior). Thomson Descobriu o elétron em O átomo era uma esfera com carga positiva e com electrões (com carga negativa) no seu interior, espalhados como passas num bolo.

4 MODELOS ATÔMICOS Rutherford O átomo era constituído por um núcleo, com protões com carga positiva, e por electrões que se moviam à volta do núcleo, como um planeta à volta do Sol (modelo planetário). A maior parte do átomo era espaço vazio.

5 MODELOS ATÔMICOS Bohr O núcleo do átomo era constituído por prótons e neutrons. Os elétrons encontravam-se à volta do núcleo, em órbitas bem definidas, com certos níveis de energia (quantificação da energia dos elétrons).

6 MODELOS ATÓMICOS Heisenberg A posição e a energia do elétron não podem ser conhecidas, ao mesmo tempo, com exatidão (Princípio da Incerteza de Heisenberg). Schrödinger A posição e a energia do elétron são calculadas por uma equação matemática ( equação de onda).

7 MODELOS ATÔMICOS Modelo da nuvem electrônica ou modelo quântico: É o modelo atual do átomo; É um modelo matemático, baseado na Mecânica Quântica; Os elétrons encontram-se ao redor do núcleo, em orbitais, com certos níveis de energia, mas sem uma posição exata (sem uma trajectória definida ) Uma orbital é uma região do espaço onde o elétron, com uma certa energia, tem probabilidade de se encontrar. Representa-se por um conjunto de pontos que formam uma nuvem à volta do núcleo.

8 MODELOS ATÓMICOS Quando se descobrem novos fatos científicos que não podem ser explicados por um modelo ou teoria, estes têm de ser alterados. Assim aconteceu com o modelo atômico de Bohr e assim poderá acontecer com o modelo atômico atual.

9 NÚMEROS QUÂNTICOS os orbitais atômicos são identificadas por três números quânticos: n número quântico principal; l número quântico de momento angular, secundário ou azimutal; m l número quântico magnético. O elétron possui um movimento de rotação que é identificado pelo número quântico de spin (m s ).

10 NÚMEROS QUÂNTICOS O número quântico principal (n) indica a energia e o tamanho da orbital (distância média do elétrono ao núcleo). Só pode ter valores inteiros: n = 1, n = 2, n = 3 n=7 Quando o valor de n é maior, a energia e o tamanho do orbital serão maiores. Orbitais com o mesmo valor de n pertencem ao mesmo nível de energia.

11 NÚMEROS QUÂNTICOS O número quântico de momento angular (l) indica a forma da orbital (tipo de orbital): Só pode ter valores inteiros entre 0 e n - 1: Se n = 1, então l = 0; Se n = 2, então pode ser l = 0 ou l = 1; Se n = 3, então pode ser l = 0, l = 1 ou l = 2.

12 NÚMEROS QUÂNTICOS O número quântico magnético (m l ) indica a orientação da orbital no espaço. As orbitais podem estar orientadas segundo os eixos x, y ou z (ex: p x, p y ou p z ). Só pode ter valores inteiros entre l, 0, + l : Se l = 0, então m l = 0; Se l = 1, então pode ser m l = -1, m l = 0 ou m l = +1

13 NÚMEROS QUÂNTICOS

14 NÚMEROS QUÂNTICOS O número quântico de spin (m s ) indica o sentido do movimento de rotação do electrão (no sentido dos ponteiros do relógio ou no sentido contrário). Só pode ter os valores m s = +1/2 ou m s = -1/2

15 NÚMEROS QUÂNTICOS Para identificar uma orbital são necessários três números quânticos (n, l e m l ). Para identificar um elétron no átomo são necessários quatro números quânticos (n, l, m l e m s ). A orbital 3s é identificada por três números quânticos: n = 3, l = 0 e m l = 0 ou (3, 0, 0). Os elétrons que se podem encontrar numa orbital 3s são identificados por quatro números quânticos: n = 3, l = 0, m l = 0 e m s = +1/2 ou (3, 0, 0, +1/2); n = 3, l = 0, m l = 0 e m s = -1/2 ou (3, 0, 0, -1/2).

16 NÚMEROS QUÂNTICOS Diagrama de caixas Representação duma orbital com 2 electrões: A seta para cima representa m s = +1/2 e a seta para baixo representa o m s = -1/2 Uma orbital 3s com dois elétrons representa-se por 3s 2. Cada orbital só pode ter, no máximo, 2 elétrons. Para cada orbital no máximo, 2n 2 elétrons.

17 ORBITAIS As orbitais s têm uma forma esférica.

18 ORBITAIS As orbitais p têm uma forma de dois lóbulos simétricos, orientados segundo cada um dos eixos x, y ou z.

19 ORBITAIS A energia das orbitais é maior quando n é maior. Em átomos monoelectrónicos (só com um electrão), as orbitais com o mesmo valor de n têm a mesma energia.

20 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS Configuração eletrônica Maneira como os elétrons se distribuem nas orbitais. Princípio da Energia Mínima Os elétrons estão distribuídos nas orbitais de menor energia, de modo a que a energia do átomo seja mínima (o átomo está no estado fundamental e é mais estável).

21 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS Princípio de Exclusão de Pauli Num orbital só podem existir, no máximo, dois elétrons com spins opostos (não pode existir mais do que um elétron com os mesmos números quânticos).

22 CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Diagramas de caixas:

23 CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Regra de Hund Nos orbitais com a mesma energia (ex: 2p x, 2p y e 2p z ), coloca-se primeiro um elétron em cada orbital (elétron desemparelhado), de modo a ficarem com o mesmo spin, e só depois se completam as orbitais com um elétron de spin oposto.

24 CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Diagrama de Linus Pauling Diagrama de preenchimento das orbitais, que facilita a escrita das configurações electrónicas dos átomos, de acordo com o Princípio da Energia Mínima.

25 CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Configurações eletrônicas de átomos no estado fundamental (os elétrons estão todos oas orbitais de menor energia):

26 CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Configurações electrónicas de átomos no estado excitado (existem electrões em orbitais de maior energia, com lugares livres em orbitais de energia inferior): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 1 1s 2 2s 2 2p 3 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 4s 1

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29 BIBLIOGRAFIA Dantas, M., & Ramalho, M. (2008). Jogo de Partículas A - Física e Química A - Química - Bloco 1-10º/11º Ano. Lisboa: Texto Editores.

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