números quânticos

Espectros atômicos e níveis de energia
Números quânticos
Estrutura atômica do Hidrogênio e de
átomos com mais elétrons
Energia dos orbitais e configurações
eletrônicas
Profa. Marcia M. Meier
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA
CATARINA
1
Relembrando...
Alguns elementos quando aquecidos
a temperaturas elevadas emitem
radiação eletromagnética!
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Espectros de emissão
Observou-se experimentalmente que os diferentes
elementos emitem radiação de freqüências específicas.
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http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/index.php?idSecao=1&idSubSecao=&idTexto=2
Relembrando: a energia é quantizada e transferida apenas
em quantidades discretas (freqüências específicas).
Por que???
4
A radiação eletromagnética visível emitida por um elemento pode ser decomposta
através de uma prisma
5
O átomo é formado por
um núcleo e níveis de
energia quantizados onde
estão os elétrons.
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De acordo com a
configuração eletrônica de
um átomo (preenchimento
dos seus orbitais pelos
elétrons) os átomos podem
absorver e emitir radiação
eletromagnética em
freqüências específicas.
Os espectros de absorção ou emissão são
como impressões
elementos químicos.
digitais dos
7
Espectros de linhas e o modelo de Bohr
Espectros de linhas
•
•
Balmer: descobriu que as linhas no espectro de linhas visíveis do hidrogênio se encaixam
em uma simples equação.
Mais tarde, Rydberg generalizou a equação de Balmer
para:
ν = R (1/n12 - 1/n22 )
onde RH é a constante de Rydberg (3,29× 1015 Hz), h é a constante de Planck (6,626 ×
10-34 J·s), n1 e n2 são números inteiros (n2 > n1) - número quântico principal.
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EXERCITE:
Calcule o comprimento de onda da radiação emitida por um átomo de hidrogênio na
transição de um elétron entre os níveis n2 = 3 e n1 = 2. Identifique qual a cor da
radiação emitida nesta transição eletrônica.
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Curiosidade: Os espectros de emissão são utilizados pelos
astrônomos para identificar elementos químicos na superfície das
estrelas.
O espectro de emissão e absorção de um elemento química é sua
“impressão digital”.
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Através da resolução da equação de onda por Schroedinger,
chegou-se a definição dos
números quânticos:
1) Número quântico principal: especifica a energia
do orbital (n)
2) Número quântico de momento angular: subcamadas (l)
3) Número quântico magnético: orbitais individuais (ml)
4) Número quântico de spin: direção de giro do elétron (ms)
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K, L, M, N, O, P, Q
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Número quântico principal, n
Nível
Existem sete camadas em
torno do núcleo que podem
ser preenchidas por
elétrons.
Número de elétrons permitidos
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Número quântico
Momento orbital angular, ℓ
Sub nível
s
ℓ= 0
1 orbital
p
ℓ= 1
3 orbitais
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Número quântico
Momento orbital angular, ℓ
Sub nível
d
ℓ= 2
5 orbitais
15
Número quântico
Momento orbital angular, ℓ
Sub nível
f
ℓ= 3
7 orbitais
16
1
Número quântico
magnético, m ℓ
0
s=0
-1
p=1
ℓ
px py
d=2
f= 3
0
-3
-2
-1
0
dzx
dyz
dz2
-2
-1
0
+1
pz
+1
mℓ
+2
dyx dz2-y2
+1
+2
+3
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Número quântico
magnético de spin, m s
↑↓
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2
Utilizamos coordenadas para
nos localizarmos na terra.
• Latitude, longitude
• País, Estado, bairro, rua,
número, etc
Utilizamos o conjunto dos
quatro números quânticos para
localizar cada elétron de um
átomo.
Os valores de n, ℓ , m ℓ e ms
são únicos para cada elétron.
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Regras para preenchimento dos orbitais
REGRA DE HUND:
•Energia total mais baixa, levando em conta a
atração dos elétrons pelo núcleo e a sua repulsão
por outro elétron.
•Em um mesmo sub-nível os orbitais são
preenchidos de forma a obter o maior número de
elétrons desemparelhados.
↑
↑
↑
↑↓
↑
20
Regras para preenchimento dos orbitais
PRINCÍPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI
Wolfgang Pauli (1925)
•Não mais que dois elétrons podem ocupar um
dado orbital. ↑↓
•Quando dois elétrons ocupam um orbital, seus
spins devem estar emparelhados (direções
opostas).
•O conjunto dos quatro números quânticos é
único para cada elétron.
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Diagrama de Linus Pauling
1s, 2s, 2p, 3s...........
22
7
Energia dos Orbitais
Nível 2 (L)
Nível 1 (K)
Obedece a seqüência do Diagrama de Linus Pauling
•Os níveis de energia
entre sub-camadas surge
em função das atrações
(e-n) e repulsões (e-e) no
átomo:
elétron-núcleo (e-n)
elétron-elétron (e-e)
•Efeito de blindagem:
cada elétron é blindado
em relação à atração total
do núcleo pelos outros
elétrons do átomo.
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Atração e-n
Repulsão entre e-e (elétrons de camada
interna causam repulsão nos elétrons da
camada mais externa – efeito de
blindagem)
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CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS
DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL
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CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS
DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL
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CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS
DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL
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CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS
DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL
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CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS
DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL
L
8 elétrons na
última camada, L.
Octeto completo
K
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Grupo
Configurações eletrônicas
e a tabela periódica
Período
(n)
30
31
Configurações eletrônicas
Configurações eletrônica condensadas
•
O neônio tem o subnível 2p completo.
•
O sódio marca o início de um novo período.
•
Logo, escrevemos a configuração eletrônica condensada para o sódio como
Na: [Ne] 3s1
•
[Ne] representa a configuração eletrônica do neônio.
•
Elétrons mais internos: os elétrons no [Gás Nobre].
•
Elétrons de valência: os elétrons fora do [Gás Nobre].
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Configurações eletrônicas
Metais de transição
•
Depois de Ar, os orbitais d começam a ser preenchidos.
•
Depois que os orbitais 3d estiverem preenchidos, os orbitais 4p começam a ser
preenchidos.
•
Metais de transição: são os elementos nos quais os elétrons d são os elétrons de
valência.
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Configurações eletrônicas
Lantanídeos e actinídeos
•
•
•
•
•
Do Ce em diante, os orbitais 4f começam a ser preenchidos.
Observe: La: [Kr]6s25d14f1
Os elementos Ce -Lu têm os orbitais 4f preenchidos e são chamados lantanídeos ou
elementos terras raras.
Os elementos Th -Lr têm os orbitais 5f preenchidos e são chamados actinídeos.
A maior parte dos actinídeos não é encontrada na natureza.
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Configurações eletrônicas
Exercite:
1) Qual é a configuração eletrônica do estado fundamental esperada para o átomo
de enxofre (Z=16)?
2) A configuração eletrônica a seguir é de um átomo no estado excitado. Diga quem
é este elemento químico.
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 4s1
3) Responda:
a) Escreva a configuração eletrônica (normal e condensada) do átomo de cloro;
b) informe quantos elétrons estão presentes em cada camada, e;
c) Represente o diagrama de caixa de orbital (l, sub camadas);
d) Quais são os valores de n, l, ml e ms do último elétron ?
e) Considerando que o átomo de cloro receba um elétron, represente os números
quânticos (n, l, ml e ms) deste elétron.
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