DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA

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DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

Campus Medianeira

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AULA DE ESTRUTURA ATÔMICA - Dra _{Cristiana da Silva}

RESUMO DO NÚMERO QUÂNTICO

Nome símbolo Característica especificada

Informação fornecida

Valores possíveis

principal n camada Distância média do núcleo

1, 2, 3, 4, ..., n

azimutal l subcamada Forma do orbital

0, 1, 2, 3, 4, ..., n-1

magnético m_l Orbital Orientação do -l, (-l+1), ..., 0, ..., (l+1), +l

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3

Considerações finais

O MODELO ATÔMICO QUÂNTICO

1 – Dentro de um dado átomo, quanto menor o valor de n, menor será a energia e mais estável será o orbital.

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Considerações finais

2 – Há n tipos de subcamadas na n-ésima camada de um dado átomo.

camada subcamada orbitais

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5

3 – Há 2l+1 tipos de orbitais em cada subcamada.

camada subcamada orbitais

O MODELO ATÔMICO QUÂNTICO

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EXEMPLO 1: Em um determinado estado, os três números quânticos do elétron de um átomo de H são n = 4, l = 2 e m_l = -1. Em que tipo de orbital esse elétron está localizado?

Resposta: 4d

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7 EXEMPLO 2: Considere a camada n = 4.

a) Quais as subcamadas desse nível?

b) Identifique cada subcamada pela sua notação espectroscópica (ex. 1s) e forneça seus valores de l.

c) Use a regra 2l+1 para calcular o número de orbitais em cada subcamada.

d) Qual é o número total de orbitais na camada 4? Resposta: subcamadas (4s, 4p, 4d, 4f)

Resposta: 4s, 4p, 4d e 4f; l = 0, 1, 2 e 3, respectivamente.

Resposta: 1 orbital 4s, 3 orbitais 4p, 5 orbitais 4d e 7 orbitais 4f.

Resposta: 16 orbitais.

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Os elétrons estão distribuídos nos átomos em:

CAMADAS (n)

SUBCAMADAS (

ℓ

)

DISTRIBUIÇÃO DOS ELÉTRONS NOS ÁTOMOS

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• Para tornar a teoria quântica condizente com a experiência,

Wolfgang Pauli estabeleceu:

• “Não mais que dois elétrons podem ser atribuídos ao mesmo orbital, e, se houver dois elétrons no mesmo orbital, eles devem ter spins opostos (rotações).”

• Isso leva à afirmação geral de que dois elétrons em um átomo

não podem ter o mesmo conjunto de quatro números quânticos (n, ℓ, m_ℓ, e m_s).

PRINCÍPIO DE EXCLUSÃO DE PAULI

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Os elétrons estão distribuídos nos átomos em:

(número quântico)

Níveis de energia (camadas) n

Subníveis de energia (subcamadas) ℓ

Orientações (orbitais) m_ℓ

Em cada orbital pode existir

NÚMEROS QUÂNTICOS

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Duas regras gerais que ajudam a prever as atribuições de elétrons:

Os elétrons são atribuídos às subcamadas em ordem crescente do valor de “n + ℓ”.

Para duas subcamadas com o mesmo valor de elétrons “n + ℓ” são

atribuídos primeiro à subcamada com n mais baixo.

ENERGIAS DAS SUBCAMADAS ATÔMICAS E ATRIBUIÇÃO DOS ELÉTRONS

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CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA

E os níveis de energia dos orbitais no átomo de

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O ÁTOMO DE HIDROGÊNIO

Níveis de energia dos orbitais no átomo de Hidrogênio

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O que acontece com os

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Níveis de energia dos orbitais no átomo polieletrônico

OS ÁTOMOS POLIELETRÔNICOS

Regra para o preenchimento dos orbitais por elétrons

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Níveis de energia dos orbitais no átomo polieletrônico

OS ÁTOMOS POLIELETRÔNICOS

A seleção resulta no orbital 4s possuindo energia mais baixa do que a do orbital 3d.

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17

ORDEM DE PREENCHIMENTO DOS ORBITALIS ATÔMICOS

Usar a Tabela Periódica para configurações eletrônicas é mais fácil do que memorizar a ordem de preenchimento.

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Obtenção das configurações eletrônicas do estado fundamental

O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Processo imaginário de construção na qual adiciona-se um próton ao núcleo e um elétron a sua camada eletrônica externa. Hidrogênio (₁H) 1s1 n = 1, l = 0, m_l = 0, m_s = +1/2 (por convenção) 19

 = spin para cima  = spin para baixo

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AULA DE ESTRUTURA ATÔMICA - Dra _{Cristiana da Silva} CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA

O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Processo imaginário de construção na qual adiciona-se um próton ao núcleo e um elétron a sua camada eletrônica externa.

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Em qual orbital entrará o segundo e- _e

quais serão seus números quânticos?

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Wolfgang Pauli 1900-1958

O PRINCÍPIO DE EXCLUSÃO PAULI

“Dois elétrons do mesmo átomo não podem ter a mesma combinação de nos quânticos

(n, l, m_l, m_s) ”.

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O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Hélio (₂He)

1s

2

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O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Hélio (₂He)

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O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Hélio (₂He)

1s

2 25 n = 1, l = 0, m_l = 0, m_s = +1/2 (por convenção) n = 1, l = 0, m_l = 0, m_s = -1/2 (por convenção)

 = spin para cima  = spin para baixo

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O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Lítio (₃Li)

1s

2

2s

1

(27)

O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Lítio (₃Li)

1s

2

2s

1

27

2s1 _{n = 2, l = 0,} m_l = 0, m_s = +1/2 (por convenção)

(28)

O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Berílio (₄Be)

1s

2

2s

2

(29)

O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Boro (₅B)

1s

2

2s

2

2p

1

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O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Carbono (₆C)

(31)

O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Em qual orbital entrará o elétron EXTRA

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O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Friedrich Hund

Regras de Máxima Multiplicidade de HUND

1) Dois ou mais elétrons adicionados ao mesmo subnível (mesmo valor de l) entram em orbitais separados (diferentes valores de m_l), enquanto houver espaço disponível.

2) Elétrons ocupando isoladamente orbitais separados em um átomo, terão todos o mesmo valor para m_s

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O PRINCÍPIO DE “CONSTRUÇÃO” (AUFBAU)

Carbono (₆C)

1s

2

2s

2

2p

2

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NÚMEROS DE ELÉTRONS ACOMODADOS EM CAMADAS E SUBCAMADAS ELETRÔNICAS COM n = 1 A 4

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35

METAIS DE TRANSIÇÃO

As configurações eletrônicas são escritas por camadas mesmo que os elétrons sejam preenchidos segundo a Tabela Periódica:

Para o Niquel Ni:

1s2 _2s2 _2p6 _3s2 _3p6 _4s2 _3d8

O último elétron a ser preenchido: 3d8

Configuração eletrônica segundo regra de preenchimento:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2

Configuração eletrônica por camada: (escreva dessa forma)

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EXEMPLO 3: Faça a distribuição eletrônica do átomo de enxofre (Z =

16), no estado fundamental.

RESPOSTA: 1s2 _2s2 _2p6 _3s2 _3p4

NOTAÇÃO sdpdf

EXEMPLO 4: Faça a distribuição eletrônica em diagramas de quadrículas

do átomo de cobalto (Z = 27), no estado fundamental.

(37)

EXEMPLO 5: Quantos elétrons podem ser acomodados na camada n= 7?

RESPOSTA: 2 n2

98

EXEMPLO 6: Se um elétron em um orbital tem números quânticos n= 3,

l= 2, ml = -1 e ms = +1/2, quais são os números quânticos para o outro elétron nesse orbital?

RESPOSTA quânticos n= 3, l= 2, ml = -1 e ms = -1/2

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A CONVENÇÃO DO CERNE GÁS NOBRE

Ar (Z = 18): 1s2 _2s2 _2p6 _3s2 _3p6

EXEMPLO 7: Distribuição eletrônica do átomo de potássio (Z = 19), no

estado fundamental:

K (Z = 19): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 Gases nobres:

He (Z = 2), Ne (Z=10), Ar (Z = 18), Kr (Z = 36), Xe (Z = 54) e Rn (Z = 86)

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39

EXEMPLO 8: Faça a distribuição eletrônica do átomo de magnésio (Z =

12), no estado fundamental, seguindo a convenção cerne do gás nobre.

RESPOSTA: 1s2 _2s2 _2p6 _3s2 _{NOTAÇÃO spdf}

Ne (Z = 10): 1s2 _2s2 _2p6 _{CONF. ELETRÔNICA DO GÁS NOBRE}

Mg (Z = 12): [Ne] 3s2 _{NOTAÇÃO spdf com gás nobre}

EXEMPLO 9: Faça a distribuição eletrônica do átomo de níquel (Z = 28),

no estado fundamental, seguindo a convenção cerne do gás nobre.

RESPOSTA: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 Ar (Z = 18): 1s2 _2s2 _2p6 _3s2 _3p6

Ni (Z = 28): [Ar] 4s2 3d8

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CÁTIONS E ÂNIONS

Ex: configuração eletrônica do ₁₉K+

19K: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 19K+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Ex: configuração eletrônica do ₁₇Cl -17Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

17Cl-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 Ex: configuração eletrônica do ₂₆Fe2+

26Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 26Fe2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6

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Como sabemos as configurações dos íons?

Pelas propriedades magnéticas dos íons.

CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DOS ÍONS CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA

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Íons com ELÉTRONS DESEMPARELHADOS são

PARAMAGNÉTICOS (atraídos por um campo magnético).

Íons sem ELÉTRONS DESEMPARELHADOS são

DIAMAGNÉTICOS (levemente repelidos por um campo magnético).

Os íons Fe3+ em Fe₂O₃ têm 5 elétrons desemparelhados.

Isso faz com que a amostra seja

CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DOS ÍONS CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA

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EXEMPLO 10: Faça a distribuição eletrônica do átomo de Cl (Z = 17), e

seu íon Cl-, e explique se os íons são diamagnético ou paramagnético?

Ex: configuração eletrônica do ₁₇Cl

-17Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 PARAMAGNÉTICO 17Cl-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 DIAMAGNÉTICO

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IRREGULARIDADES NA SEQUÊNCIA DE PREENCHIMENTO DO CRÔMIO (Z = 24) E COBRE (Z = 29) 24Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 29Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 - previsto - experimental 24Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 29Cu: 1s 2 _2s2 _2p6 _3s2 _3p6 _4s1 _3d10

Estabilização extra fornecida por subcamadas semipreenchidas ou totalmente preenchidas. CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA

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EXPLICAÇÃO PARA IRREGULARIDADES

• Configurações eletrônicas de metais de transição, inclusive lantanídeos e actinídeos:

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EXPLICAÇÃO PARA IRREGULARIDADES

BLINDAGEM: STALER

_{REGRA RICH}

Z

_ef

= Z - S

Os dois e- _{do orbital 4s, por terem momento}

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