CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E PERIODICIDADE QUÍMICA

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1 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E PERIODICIDADE QUÍMICA A tabela periódica é o guia para a ordem na qual os orbitais são preenchidos. Ela está estruturada de forma que os elementos com o mesmo padrão de configurações eletrônicas de níveis mais externos (valência) estejam distribuídos em colunas. O número total de orbitais em cada nível é dado por n 2 : 1, 4, 9 ou 16. Cada orbital pode comportar 2 e-, cada nível pode acomodar até 2n 2 e-: 2, 8, 18 ou 32. Os elementos podem ser agrupados pelos tipos dos orbitais dentro dos quais os elétrons são colocados.

2 Mendeleev foi o cientista que constribuiu mais decisamente com a padronização e organização da tabela periódica moderna. À época de Mendeleev, somente 63 elementos eram conhecidos. Mendeleev colocou espaços vazios em sua tabela. Quando Ga, Sc e Ge foram isolados e caracterizados, suas propriedades quase idênticas aos elementos previstos para ekaaluminio, eka-boro e eka-silício, respectivamente.

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4 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E PERIODICIDADE QUÍMICA Em 1913, Henry Moseley determinou as frequências de R-X emitidas pelos elementos, quando esses eram bombardeados por feixes de e- de altas energias. Ele descobriu que cada elemento produz R-X de frequência única, aumentando com o aumento do número atômico de cada elemento. Assim, ele propôs que os elementos químicos na T.P. deveriam ser dispostos em ordem crescente de seus números atômicos.

5 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E PERIODICIDADE QUÍMICA

6 Carga Nuclear Efetiva (Z ef ) Muitas das propriedades de um átomo são determinadas pela quantidade de carga positiva "sentida" pelos e- exteriores deste átomo. Com exceção do H, esta carga positiva é sempre menor que a carga nuclear total, pois a carga negativa dos elétrons nas camadas interiores neutraliza, ou "blinda", parcialmente a carga positiva do núcleo. Os elétrons interiores blindam os exteriores parcialmente do núcleo, assim, os exteriores "sentem" só uma fração da carga nuclear total do átomo.

7 Carga Nuclear Efetiva (Z ef ) Z ef = Relaciona-se com a força de atração entre o núcleo e os e- mais externos, a qual depende da magnitude da carga nuclear líquida agindo no e- e da distância média entre o núcleo e o e-. A força de atração aumenta na mesma proporção que a carga nuclear, e diminui à medida que o e- se afasta do núcleo. Em um átomo polieletrônico, cada e- é simultaneamente atraído pelo núcleo e repelido pelos outros e-, havendo também muitas repulsões entre os e-. Assim, a Z ef diz respeito sobre como um dado e- sente realmente a atração do núcleo.

8 Carga Nuclear Efetiva (Zef) A Z ef é definida como: Z ef = Z S Onde Z é a carga atômica do átomo e S é o fator de blindagem, o qual relaciona-se à proteção provocada nos e- de valência pelos e- que estão mais próximos do núcleo. Assim, qualquer densidade eletrônica entre o núcleo e um e- mais externo diminui Z ef. Por outro lado, os e- de mesmo nível dificilmente blindam uns aos outros da carga do núcleo. Assim, a Z ef sofrida pelos e- mais externos é determinada basicamente pela diferença entre a carga do núcleo e a presença dos e- internos.

9 Carga Nuclear Efetiva (Zef) A Z ef será calculada em função da posição do e- de interesse de um dado átomo.

10 Determinação quantitativa da (Z ef ) São muitas as maneiras de calculas Z ef. Nesse curso, usaremos as Regras de Slater para calcular o fator de blindagem (S) de um dado elétron, segundo as regras: 1. Colocar a configuração eletrônica da seguinte maneira: (1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p) etc. 2. Os e- colocados à direita do e- de interesse não são considerados no cálculo da Z ef. 3. Se o e- de interesse for do tipo ns ou np: a) Cada e- do mesmo grupo (n) contribui com um fator de 0,35. Se for do orbital 1s, esse fator será 0,30. b) Cada e- em um grupo n-1 contribui com um fator de 0,85. c) Cada e- de um grupo n-2 ou menor (n-3, n-4) contribui com um fator de 1, Se o e- de interesse for um nd ou nf: a) Cada e- do mesmo grupo (n) contribui com 0,35. b) Cada e- de um grupo menor (à esquerda do e- de interesse) contribui com um fator de 1,00.

11 Exemplo de uso das Regras de Slater Exemplo: Calcular a Zef do e- de valência do O (Z = 8). 1- Configuração eletrônica: 1s 2 2s 2 2p 4 2- (1s 2 ) (2s 2 2p 4 ), O e- de interesse é do tipo ns, np (n=2) 3- S = (2 * 0,85) + (5 * 0,35) = 3,45 1s 2s,2p Z* = Z - Z ef = Z - S Z ef = = 4,55 O e- de valência do O sente, efetivamente, aproxidamente 57% da força de atração do núcleo.

12 Exemplo de uso das Regras de Slater Exemplo de cálculo para dois e- do Ni, Z = 28 Configuração eletrônica: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 1- (1s 2 ) (2s 2 2p 6 ) (3s 2 3p 6 ) (3d 8 ) (4s 2 ) Z* = Z - 2- Para um e- 3d do Ni, usa-se a Regra 4 de Slater: S = (18 x 1,00) + (7 x 0,35) = 20,45 1s,2s,2p,3s,3p 3d 3- Z ef = Z S Z ef = 28 20,45 = 7,55 2- Para um e- 4s e- do Ni, usa-se a Regra 3 de Slater: S = (10 x 1,00) + (16 x 0,85) + (1 x 0,35) = 23,95 1s,2s,2p 3s,3p,3d 4s 3- Z ef = Z S Z ef = 28 23,95 = 4,05

13 Periodicidade da Z ef H 1.00 He 1.65 Li 1.30 Na 2.20 K 2.20 Rb 2.20 Cs 2.20 Ba 2.85 Sr 2.85 Ca 2.85 Mg 2.85 Be 1.95 B 2.60 Al 3.50 Ga 5.00 In 5.00 Tl 5.00 Pb 5.65 Sn 5.65 Ge 5.65 Si 4.15 C 3.25 N 3.90 P 4.80 As 6.30 Sb 6.30 Bi 6.30 Po 6.95 Te 6.95 Se 6.95 S 5.45 O 4.55 F 5.20 Cl 6.10 Br 7.60 I 7.60 At 7.60 Rn 8.25 Xe 8.25 Kr 8.25 Ar 6.75 Ne 5.85 Z ef dos e- de valência

14 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E PERIODICIDADE QUÍMICA Tamanhos de átomos e íons De acordo com a mecânica quântica, os átomos e íons não têm limites pontuais definidos. Os limites dos átomos/íons são relativamente vagos.

15 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E PERIODICIDADE QUÍMICA Tendências periódicas nos tamanhos atômicos: 1- Em cada período, o último e- entra sempre na mesma camada, o fator de blindagem aumenta muito pouco, da esquerda para a direita. Assim, o principal fator a ser considerado é o aumento da Z ao longo do período, a qual atrai continuamente os e-, inclusive os mais externos para mais perto do núcleo, diminuindo o tamanho atômico, da esquerda para a direita. 2- Em cada grupo, o Z tende a crescer à medida que descemos. Os e- tendem a entrar em camadas cada vez mais distantes do núcleo. Dessa maneira, descendo-se em um dado grupo, há um aumento progressivo e considerável no fator de blindagem. Como consequência, os e- mais externos apresentam baixos valores de Z ef, fazendo com que o átomos aumentem progressivamente de tamanho ao se descer em um dado grupo.

16 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E PERIODICIDADE QUÍMICA Tendências periódicas nos íons: 1- O tamanho de um íon também depende de sua carga nuclear, do número de e- que ele possui e dos orbitais dos e- mais externos. A formação de um cátion diminui as repulsões elétron-elétron e desocupa os orbitais mais energéticos. Assim, os cátions são menores que os átomos que lhes dão origem. 2- Quando e- são adicionados a um átomo neutro para formar um ânion, o aumento das repulsões elétron-elétron faz com os e- se espalhem mais no espaço. Assim, os ânions são maiores que os átomos que lhes dão origem. Para íons de mesma carga, o tamanho aumenta à medida que descemos um grupo na T.P. e n do orbital mais externo ocupado de um íon aumenta, o tamanho dele próprio aumenta.

17 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E PERIODICIDADE QUÍMICA Tendências periódicas nos íons:

18 CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E PERIODICIDADE QUÍMICA Tendência de tamanhos em séries isoeletrônicas: O termo isoeletrônico significa que os íons possuem o mesmo número de e-. A série isoeletrônica do O, F, Na, Mg e Al apresenta 10 e-. Uma vez que o número de e- permanece constante, o raio do íon diminui com o aumento da carga nuclear, à medida que os e- estão mais fortemente presos ao núcleo.

19 Arranjar os seguintes elementos em ordem crescente de tamanho: Br, Se, Te. 34 Se 35 Br 52 Te Te é maior do que Se. Se é maior do que Br. Br < Se < Te