PROJETO KALI - 2016 QUÍMICA AULA 05 ATOMÍSTICA ELETROSFERA PARTE 2 Definições Iniciais: Diagrama: "Um diagrama é uma representação visual estruturada e simplificada de um determinado conceito, ideia, etc." - http://pt.wikipedia.org/wiki/diagrama (Fonte não recomendada, porém que teve a melhor definição para nosso propósito). Recordar é viver: Todo o conceito da aula passada será utilizado agora, caso tenha dúvidas revise a aula anterior ou faça perguntas; Íon: átomo que tem quantidade de elétrons diferente da de prótons, podendo ser ânion ( nº elétrons > nº prótons) ou cátion ( nº prótons > nº de elétrons). Na prática o estudo dos níveis e subníveis são feitos paralelamente, somente para efeitos de aprendizado que trabalhamos em separado. FIGURA 1 Introdução Quando se estuda a eletrosfera, na prática, é inviável trabalhar com os conceitos de nível e subnível separadamente fazendo a necessidade de realizar um estudo a partir de uma única distribuição eletrônica. A memorização dos subníveis para essa distribuição se torna fácil se optarmos por um artifício, utilizado nessa aula, onde teremos, além dessa facilitação, a possibilidade de realizarmos a distribuição nos níveis, como dito na aula anterior. DIAGRAMA DE LINUS PAULING Você se lembra da sequência da distribuição dos elétrons nos subníveis: 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 7p 6 Consegue se recordar do que significa o número grande, na frente da letra? E a letra? O que é o número pequeno acima da letra? Se não conseguir se lembrar, revise a aula anterior porque agora iremos "abusar" dessa notação.
Decorar essa sequência não é fácil, então um cientista descobriu uma maneira de alinhar essa distribuição de forma a separar os subníveis em níveis o que resultou também em um jeito mais fácil de memorizar a distribuição eletrônica. Como ler essa tabela: Cada linha representa um nível e no conjunto de colunas chamado Subnível estão os subníveis relacionados a cada nível. Exemplo: o nível 6 (camada P) possui os subníveis s, p e d, totalizando 18 elétrons ( 2+6+10). FIGURA 2 Essa relação não é novidade uma vez que você já saiba o que significa cada número e letra da distribuição eletrônica. Abaixo é mostrado como utilizar esse diagrama: Primeiro você monta o diagrama conforme a tabela acima. Depois você vai, a partir do primeiro subnível, descendo diagonalmente da direita para a esquerda, conforme a imagem ao lado. Confira na distribuição abaixo que dessa forma você na mesma ordem apresentada na aula anterior. FIGURA 3
Na aula anterior dissemos que a quantidade de elétrons por nível, na prática, seria apresentada após o ensino de subnível, agora que você já sabe como é feita a distribuição dos elétrons nos subníveis é capaz de dizer quantos elétrons cada nível tem, basta seguir os passos apresentados: 1º - Faça a distribuição normalmente a partir do Diagrama do Linus Pauling; 2º - Separe os subniveis de acordo com o número principal (o maior que está na frente da letra); 3º - Conte a quantidade de elétrons. Exemplos: 32 elétrons: -1º passo = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2-2º passo = 1s 2 / 2s 2 2p 6 / 3s 2 3p 6 3d 10 / 4s 2 4p 2-3º passo = Nível 1-2 elétrons; Nível 2-8 elétrons; Nível 3-18 elétrons; Nível 4-4 elétrons. 80 elétrons: -1º passo = 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. -2º passo = 1s 2 / 2s 2 2p 6 / 3s 2 3p 6 3d 10 / 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 / 5s 2 5p 6 5d 10 / 6s 2. -3º passo = N1-2; N2-8; N3-18; N4-22; N5-18; N6-2 Como é fácil ver, a distribuição, na prática, difere muito da real, mas com o uso do diagrama fica mais fácil de fazê-la. O USO DA DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA Você sempre deve se questionar o porquê algo é útil, qual seu objetivo, onde irá utilizar isso. Na aula sete você verá um dos usos da distribuição eletrônica, mais para frente, em ligações químicas, entender a distribuição é fundamental para saber o motivo do por que os átomos se ligam. Para isso é necessário explicar algumas informações que podemos retirar da distribuição: CAMADA DE VALÊNCIA: é a camada mais externa que contém elétrons; quando um átomo se torna um íon será nela que é feita a adição ou retirada de elétrons, e caso a camada mais externa possua mais de um subnível a ordem será do de maior energia para o de menor (f -> d -> p -> s). Exemplos: Átomo de 15 elétrons ganha mais 3 15 elétrons = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 = o nível mais externo é o 3º, e seu subnível mais externo é o de menor energia, o p. 18 (15+3) elétrons = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 = veja que na camada de valência foi adicionado mais 3 elétrons.
Átomo de 29 elétrons ganha mais 3 29 elétrons = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 = o nível mais externo é o 4º, e seu subnível mais externo é o de menor energia, o s. 32 (29+3) = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 4p3 = veja que nesse caso eu passo para o próximo subnível, o p, e adiciono mais 3 elétrons. SUBNÍVEL MAIS ENERGÉTICO: é o último subnível preenchido a partir da distribuição eletrônica Exemplos: * 22 elétrons = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 O subnível 3d 2 é o mais energético * 54 elétrons = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 O subnível 5p 6 é o mais energético Quando se trabalha com íons você deve realizar a distribuição eletrônica do átomo em questão e depois acrescentar ou tirar elétrons da camada de valência! Abaixo a distribuição eletrônica feita em íons, note que o elétron é retirado/adicionado na camada de valência. FIGURA 4
ESTUDO COMPLEMENTAR NÚMEROS QUÂNTICOS O endereço de uma pessoa que recebe cartas, normalmente, está caracterizado pelos correios por quatro números : Estado, cidade, rua e número da casa. Do mesmo modo, cada um dos elétrons de um átomo distingue-se dos demais mediante quatro números, os chamados números quânticos. Nota-se que elétrons isolados em repouso são exatamente iguais, não se podendo distinguir uns dos outros. 1- Número quântico principal (n) Representa aproximadamente a distância do elétron ao núcleo. O número n tem valores inteiros 1, 2, 3,..., sendo primariamente responsável pela determinação da energia do elétron, do tamanho do orbital ocupado pelo elétron e da distância do orbital ao núcleo. A distância média do orbital 7s ao núcleo é maior que a distância média do orbital 1s ao núcleo. 2- Número quântico secundário (azimutal) l Representa a forma do orbital. Assim, os orbitais s são esféricos, os orbitais p têm a forma de halteres ou de um oito, etc. Valores de l: 0 (s), 1 (p), 2 (d), 3 (f),...(n-1). Para átomos com muitos elétrons, a energia de um elétron é determinada não só pelo valor de n, mas também pelo valor de l. Assim, para um dado valor de n, elétrons p têm energia ligeiramente maior que elétrons s. 3- Número quântico magnético (m) Descreve a orientação do orbital no espaço. O número m pode ter qualquer valor inteiro entre +l e l, inclusive zero. 4- Número quântico spin ms Descreve a rotação do elétron em torno do seu eixo. O número ms pode ter somente os valores +1/2 e -1/2. Dois elétrons de um mesmo orbital apresentam os três primeiros números quânticos iguais, mas possuem spins opostos. Portanto, de acordo com Pauli, dois elétrons de um mesmo átomo nunca podem ter os mesmos quatro números quânticos. FONTE: http://www.infoescola.com/quimica/numeros-quanticos/
CURIOSIDADE Linus Pauling Linus Carl Pauling, nascido no dia 28 de fevereiro de 1901 em Portland, nos Estados Unidos foi um dos mais importantes químicos e recebeu dois Prêmios Nobel. Estudou a vitamina C. Era filho de Hermann Heinrich Wilhelm Pauling, de descendência alemã e de Lucy Isabelle Darling. Seu pai era farmacêutico. Tinha duas irmãs: Pauline e Frances Lucille. Devido a dificuldades no trabalho de seu pai, quando criança, aos 5 anos, sua família mudou-se para Condon, no Oregon. Seu pai reconheceu que Pauling era muito inteligente desde cedo. Morreu quando Linus tinha 9 anos de idade. Já na infância, gostava muito de ler e de realizar experiências no laboratório de um amigo. Não conseguiu o diploma de Ensino Médio mais cedo porque não obteve boa classificação em História dos Estados Unidos. Mais tarde, 45 anos depois a escola deu para Pauling este diploma depois de ter recebido dois Prêmios Nobel. Estudou em Washington e formou-se em Química pela Universidade Estadual do Oregon. Trabalhou como leiteiro, projecionista de cinema e trabalhou num estaleiro naval. Passou a maior parte da sua vida acadêmica no Instituto de Tecnologia da Califórnia, Cal Tech. Acabou seu doutorado nesta instituição e mais tarde foi para a Europa durante um ano para estudar mecânica quântica com Niels Bohr, Sommerfeld e Shorodinger. Estudou química quântica e as moléculas do átomo de hidrogênio. Em 1923, casou-se com Ava Helen Miller. Ele era professor de Ava. Tiveram três filhos e uma filha. Voltou aos Estados Unidos em 1927 onde trabalhou como professor assistente de química teórica em Cal Tech. Na Califórnia, estudou mais a fundo a química quântica e os cristais. Publicou em torno de 50 artigos. Criou as cinco Regras de Pauling. Em 1929 foi nomeado Professor Associado e um ano depois Professor. Em 1930 retorna para a Europa, estuda os elétrons e constrói junto com um aluno um aparelho de difração eletrônica para estudar a estrutura das moléculas. Recebeu em 1931 o Prêmio Langmuir por ter realizado o trabalho científico mais significativo realizado por um cientista com menos de 30 anos. Em 1932 mostrou a ideia de eletronegatividade e a escala de Pauling. Um de seus trabalhos mais importante é sobre hibridização e a tetra valência do carbono. Na década de 50, começou a estudar um novo modelo para o núcleo atômico. Começou também a investigar as moléculas biológicas. Estudou sobre a vitamina C e a sua atuação na cura de um cancro, doença que tinha. Houve muitas controvérsias. O tratamento era baseado na ingestão de altas doses de vitaminas e sais minerais. Daí então aumentou a sua dose de ingestão de vitamina C. Em 1973, fundou o Instituto de Medicina Ortomolecular em Menlo Park. Em seguida, seu nome passou a ser Instituto Linus Pauling de Ciências e Medicina. Recebeu o Prêmio Nobel em de Química em 1954 e o Prêmio Nobel da Paz em 1962. Morreu em Big Sur, no dia 19 de agosto de 1994. FONTE: http://www.soq.com.br/biografias/linus_pauling/
Como estudar esse conteúdo? Tenha certeza que ainda se lembra das principais definições da aula anterior; se você fez a maioria dos exercícios daquela aula a de hoje será "fichinha"; Crie algum método que o ajude a decorar o Diagrama de Linus Pauling, pode ser frases, músicas ou qualquer outro artifício que facilite a memorização; Faça mais exercícios para treinar a distribuição eletrônica só que sempre utilize o diagrama; Dê grande atenção para a definição 'Camada de Valência', pois ela será muito importante mais para frente; Faça exercícios onde aparecem íons para ver se entendeu a diferença entre camada de valência e subnível mais energético; Os exercícios são extremamente recomendados, faça-os e caso tenha alguma dúvida pergunte! Referências Figura 1: http://www.brasilescola.com/quimica/numeros-quanticos.htm Figura 2: http://profmokeur.ca/quimicap/modelosatomicos.htm Figura 3: http://www.brasilescola.com/quimica/distribuicao-eletronica-de-eletrons.htm Figura 4: http://www.vestibulandoweb.com.br/quimica/teoria/distribuicao-eletronica.asp Bons Estudos!