Configuração Eletrônica e Princípio de Pauli em Átomos, Notas de aula de Eletrônica

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CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA

• Configuração eletrônica : descreve a estrutura

eletrônica de um átomo com todos os orbitais ocupados

e o número de elétrons que cada orbital contém.

• No estado fundamental de átomos com muitos elétrons,

os elétrons ocupam orbitais atômicos de modo que a

energia total do átomo seja a mínima possível.

• Sendo assim, poderíamos pensar que um átomo tivesse

sua menor energia quando todos os seus elétrons

estivessem no orbital 1s, mas isso nunca pode

acontecer.

CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DOS ÁTOMOS

• O átomo de hidrogênio em seu estado fundamental tem

um elétron no orbital 1s , portanto sua configuração

eletrônica é 1s^1.

• No estado fundamental do átomo de hélio (Z = 2) os

elétrons ocupam um orbital 1s , portanto sua

configuração eletrônica é 1s2.

O PRINCIPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI E A

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA DOS ELEMENTOS

Conjunto de números quânticos

n = 1, l = 0, ml = 0, ms = +1/

Conjunto de números quânticos

n = 1, l = 0, ml = 0, ms = +1/

n = 1, l = 0, ml = 0, ms = -1/

• Sabendo que um orbital não pode acomodar mais do

que dois elétrons, podemos prever o número máximo de

elétrons em cada camada ou subcamada eletrônica.

• Somente dois elétrons podem ser atribuídos a um

orbital s.

• Como cada um dos três orbitais em uma subcamada

p pode acomodar dois elétrons, esta subcamada

pode acomodar um máximo de seis elétrons.

• Os cinco orbitais de uma subcamada d podem

acomodar um total de dez elétrons.

O PRINCIPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI E A

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA DOS ELEMENTOS

• A energia do átomo de hidrogênio, com um único

elétron, depende apenas do valor de n.

• Para átomos com mais de um elétron, as energias das

subcamadas dependem de n e l.

• O diagrama de aufbau mostra a ordem de energia das

subcamadas que pode ser prevista a partir das

seguintes regras:

• Os elétrons são atribuídos as subcamadas em ordem crescente dos valores de ‘ n + l’.
• Para duas subcamadas com o mesmo valor de ‘ n + l’ os elétrons são atribuídos primeiro a subcamada com n mais baixo.

ORDEM DE ENERGIA DAS SUBCAMADAS E

ATRIBUIÇÃO DOS ELÉTRONS

ORDEM DE ENERGIA DAS SUBCAMADAS E

ATRIBUIÇÃO DOS ELÉTRONS

Orbital n l^ n^ +^ l

4d 4 2 6 4p 4 1 5 4s 4 0 4 3d 3 2 5 3p 3 1 4 3s 3 0 3 2p 2 1 3 2s 2 0 2 1s 1 0 1

ORDEM DE ENERGIA DAS SUBCAMADAS E

ATRIBUIÇÃO DOS ELÉTRONS

Orbital n l^ n^ +^ l

4d 4 2 6 4p 4 1 5 4s 4 0 4 3d 3 2 5 3p 3 1 4 3s 3 0 3 2p 2 1 3 2s 2 0 2 1s 1 0 1

Mesmo ‘ n + l’, n diferente

ORDEM DE ENERGIA DAS SUBCAMADAS E

ATRIBUIÇÃO DOS ELÉTRONS

Orbital n l^ n^ +^ l

4d 4 2 6 4p 4 1 5 4s 4 0 4 3d 3 2 5 3p 3 1 4 3s 3 0 3 2p 2 1 3 2s 2 0 2 1s 1 0 1

Mesmo ‘ n + l’, n diferente

O lítio (Z = 3) tem três elétrons.

Dois elétrons poderão ocupar o

orbital 1s e completar a camada

n=1. O terceiro elétron deve

ocupar o orbital disponível de

mais baixa energia, que de acordo

com o diagrama de aufbau é o

orbital 2s.

O estado fundamental do átomo

de lítio é, então, 1s^2 2s^1.

Diagrama de aufbau para átomos polieletrônicos

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA DOS ELEMENTOS: O

PRINCÍPIO DA CONSTRUÇÃO

Elétrons nas camadas mais externas são chamados elétrons de valência

• O berilo (Z = 4) possui quatro elétrons. O quarto elétron

emparelha-se com o elétron 2s do lítio dando uma

configuração 1s^2 2s^2.

O Be possui, portanto, dois elétrons

de valência.

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA DOS ELEMENTOS: O

PRINCÍPIO DA CONSTRUÇÃO

• Um átomo de carbono tem seis elétrons. O sexto elétron

pode ficar junto com o anterior no orbital 2p ou deve

ocupar um orbital 2p diferente?

ou

REGRA DE HUND

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA DOS ELEMENTOS: O

PRINCÍPIO DA CONSTRUÇÃO

• Segundo a regra de Hund, o arranjo mais estável dos elétrons

é aquele com o número máximo de elétrons desemparelhados, com o mesmo sentido de spin. Esse arranjo torna a energia total de um átomo tão baixo quanto possível.

• Portanto, a melhor configuração para o átomo de carbono é

1s^2 2s^2 2px^1 2py^1 , que pode também ser escrita na forma compacta como 1s^2 2s^2 2p^2 :

REGRA DE HUND

• Cátions : os elétrons são primeiramente removidos do

orbital com o maior número quântico principal, n :

Li (1 s^2 2 s^1 ) Li+^ (1 s^2 )

Fe ([Ar]3 d^6 4 s^2 ) Fe3+^ ([Ar]3 d^5 )

• Ânions : os elétrons são adicionados ao orbital com o

mais baixo valor de n disponível:

F (1 s^2 2 s^2 2 p^5 ) F-^ (1 s^2 2 s^2 2 p^6 )

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA DOS ÍONS

• A tabela periódica pode ser utilizada como um guia para as configurações eletrônicas.
  • O número do período é o valor de n.
  • Os grupos 1A e 2A têm o orbital s preenchido.
  • Os grupos 3A -8A têm o orbital p preenchido.
  • Os grupos 3B -2B têm o orbital d preenchido.
  • Os lantanídeos e os actinídeos têm o orbital f preenchido.

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA E A TABELA PERIÓDICA