frente ii – ficha 2 – eletrosfera e configuração

QUÍMICA – FRENTE II – FICHA 2 – ELETROSFERA E
CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
Distribuição Eletrônica

Camadas Eletrônicas
A eletrosfera é composta por camadas eletrônicas,
ou níveis energéticos, que se situam ao redor do
núcleo e indicam a região de maior probabilidade
de se encontrar o elétron. Cada camada eletrônica
é representada por uma letra, sendo elas K, L, M,
N, O, P e Q, da qual a camada K está mais próxima
do núcleo. Além disso, cada camada eletrônica
comporta um número máximo de elétrons,
podendo ser melhor entendido na Tabela 1.
Figura 1: Representação das camadas eletrônicas.
Disponível em:
http://www.tabelaperiodicacompleta.com/distribuicaoeletronica.
Usualmente,
os
níveis
energéticos
são
identificados usando os números de 1 a 7
(chamados de números quânticos principais (n)).
O número 1 deve ser atribuído ao nível mais
próximo do núcleo. Além disso, cada nível
energético comporta um número máximo de
elétrons, podendo ser visualizado na Tabela 1.
Quanto mais próxima do núcleo está uma camada,
maior é a atração que o núcleo exerce sobre os
elétrons dela, sendo assim os elétrons das
camadas mais afastadas tem uma atração de
menor intensidade. Pode-se então aferir que os
elétrons mais próximos do núcleo são mais
“presos” a ele, enquanto os elétrons das camadas
mais externas são mais “livres”. Para designar
esse “grau de liberdade” dos elétrons em relação
ao núcleo usa-se o conceito de níveis energéticos.

Níveis e subníveis energéticos
Ao fazer a distribuição eletrônica dos elétrons
de um átomo devemos seguir a ordem das
camadas, ou seja, a partir da camada K ou nível
energético 1. Mas a distribuição eletrônica não é
feita somente em função dos níveis energéticos.
Dentro dos níveis, os elétrons apresentam
quantidades de energia características. Cada uma
dessas
quantidades corresponde a uma
subdivisão do nível, chamadas subníveis
energéticos. Eles são quatro, designados pelas
letras s, p, d, f. Assim, como os níveis, os
subníveis apresentam números quânticos que
indicam a energia do elétron dentro deles.
Respectivamente, os subníveis s, p, d, f
apresentam números quânticos secundários 0, 1,
2 e 3. Também de maneira semelhante aos níveis,
cada subnível comporta uma quantidade máxima
de elétrons, sendo visualizado na Tabela 2.
Tabela 2 – Representação dos subníveis, seus números
quânticos característicos e o número máximo de elétrons
possíveis em cada um. Disponível em:
http://www.tabelaperiodicacompleta.com/distribuicaoeletronica
Tabela 1 – Representação das camadas eletrônicas, dos
números quânticos principais (n) e do número de elétrons
que cada camada comporta. Disponível em:
http://www.tabelaperiodicacompleta.com/distribuicaoeletronica.
A distribuição eletrônica nos subníveis é feita
preenchendo-se totalmente um subnível antes de
passar para o próximo. Linus Pauling, um
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CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
cientista, criou um mecanismo de preenchimento
dessa distribuição eletrônica, criando um
diagrama, que acabou por receber seu nome.
1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s² - 3d6


Diagrama de Linus Pauling e Distribuição
Eletrônica
Subnível mais energético e subnível mais
externo
A ordem energética nos permite identificar o
subnível mais energético, que é sempre o último
da sequência. No caso do ferro, é o subnível 3d6.
Já o subnível mais externo nem sempre é o último
da sequência. O subnível mais externo do ferro,
por exemplo, é o 4s², pois o número 4 indica a
camada mais externa desse átomo. Às vezes o
subnível mais energético e o mais externo são o
mesmo, mas quando isso acontece trata-se de
uma coincidência.

Figura 2 – Diagrama de distribuição eletrônica de Linus
Pauling. Disponível em:
http://www.tabelaperiodicacompleta.com/distribuicaoeletronica.
A distribuição eletrônica de cada átomo neutro é
feita considerando a quantidade de elétrons que o
ele possui, que é igual ao número de prótons ou
número atômico (Z). Mais adiante veremos o caso
de íons.
As setas indicam o sentido em que o diagrama
deve ser lido. Cada seta deve ser percorrida até o
fim, para só então passarmos para o início da
próxima. A leitura do diagrama nos fornece a
ordem crescente dos subníveis de energia, que é
a seguinte:
1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s² - 3d10 - 4p6 - 5s² 4d10 - 5p6 - 6s² - 4f14 - 5d10 - 6p6 - 7s² - 5f14 - 6d10 7p6

Subníveis em ordem energética
Quando escrevemos a sequência de subníveis
segundo as diagonais do diagrama, escrevemos
exatamente na ordem crescente de energia, que é
a chamada ordem energética. Veja o exemplo da
distribuição em ordem energética do Ferro neutro,
número atômico 26.
Distribuição eletrônica de átomos de íons
Como dito, a distribuição eletrônica de átomos
neutros é feita de acordo com o número atômico
(Z). O caso da distribuição eletrônica de íons não
é complicado. Um íon nada mais é que um átomo
que ganhou ou perdeu elétrons do seu nível mais
externo ou última camada eletrônica (camada de
valência). Um íon que resulta do ganho de elétrons
é chamado de ânion e o que é formado pela perda
de elétrons é chamado de cátion. A forma mais
fácil de fazer a distribuição eletrônica de um íon é
fazer primeiro a distribuição do seu átomo neutro
e retirar ou adicionar os elétrons do último nível.
Veja o exemplo da distribuição do cátion de ferro
Fe+2. Trata-se de um átomo de ferro que perdeu 2
elétrons de seu último nível. Distribuição do átomo
de ferro neutro (Z=26).
1s² - 2s²- 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s² - 3d6
Identificamos o nível mais externo, que é o 4. Ele
possui apenas um subnível, o s2. Precisamos
retirar dois elétrons do último nível, e eles sairão
justamente do único subnível que esse nível
possui. Já que é assim, o subnível 4s2 vai deixar
de existir, e a distribuição do Fe+2 fica desse jeito:
1s2 - 2s2 - 2p6 - 3s2 - 3p6 - 3d6
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CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
Regra do Octeto
Na natureza, se procura sempre a condição de
menor energia do sistema. A Regra do Octeto
estabelece que os átomos dos elementos realizem
ligações químicas para completar sua camada de
valência (última camada da eletrosfera) e atingir
sua estabilidade. Para garantir esta condição,
cada elemento precisa ganhar e/ou perder (ou
compartilhar) elétrons, para assim preencher seu
último estado energético e ficar estável. A maioria
dos átomos se estabilizam com 8 elétrons na
última camada.
Desta forma, se o hidrogênio só realiza uma
ligação química, ele é monovalente, o oxigênio
que realiza duas ligações é bivalente e o
nitrogênio, que realiza três ligações, é trivalente.
Nos casos dos íons, se utiliza o termo
eletrovalência.
A eletrovalência tem o mesmo
valor de carga elétrica do íon.
Íon
Li+
Be+2
Al+
FO-2
Eletrovalência
+1 monovalente positivo
+2 bivalente positivo
+3 trivalente positivo
-1 monovalente negativo
-2 bivalente negativo
Exceções à Regra do Octeto
Tabela 3 – Íons e suas respectivas eletrovalências.
Existem exceções para a Regra do Octeto, ou
seja, alguns compostos não precisam ter 8
elétrons na camada de valência para atingir a
estabilidade, vejamos quais:
Hidrogênio (H): possui apenas e camada K e
estabiliza-se com 2 elétrons.
Hélio (He): um gás nobre que é estável com 2
elétrons na camada K, sua última camada.
Berílio (Be): estabiliza-se com apenas quatro
elétrons na camada de valência.
Boro (B): atinge a estabilidade com seis elétrons
na última camada.
Alumínio (Al): é estável com seis elétrons na
camada de valência.
Valência e eletrovalência
Valência é a capacidade máxima de combinações
que um elemento pode fazer. O átomo de
Magnésio, por exemplo, pode-se combinar com
dois átomos de Flúor e o Alumínio, com três
átomos de Flúor. Assim, vemos que estes átomos
têm capacidades diferentes de se combinar, e o
principal motivo é devido a sua valência.
Exercícios Resolvidos
1 - (FUVEST – Adaptada) Faça a distribuição
eletrônica dos seguintes átomos, indicando a
quantidade de elétrons no nível mais energético e
na camada de valência.
a) 20Ca
b) 30Zn
c) 15P3d) 26Fe3+
Resolução:
a) 1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s²
Nº de elétrons na camada de valência = 2
Nº de elétrons do nível mais energético = 2
b) 1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s² - 3d10
Nº de elétrons na camada de valência = 2
Nº de elétrons do nível mais energético = 10
c) 1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6
Nº de elétrons na camada de valência = 6
Nº de elétrons do nível mais energético = 6
d) 1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s² - 3d3
Nº de elétrons na camada de valência = 2
Nº de elétrons do nível mais energético = 3
2 - (OSEC) Sendo o subnível 4s1 o mais
energético de um átomo, pode-se afirmar que:
I. O número total de elétrons desse átomo é igual
a 19;
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CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
II. Esse átomo apresenta quatro camadas
eletrônicas;
III. A
sua
configuração
eletrônica
é
2
2
6
2
6
10
1
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
a) Apenas a firmação I é correta.
b) Apenas a firmação II é correta.
c) Apenas a firmação III é correta.
d) As afirmações I e II são corretas.
e) As afirmações II e III são corretas.
Resolução:
Distribuição eletrônica desse átomo, lembrando que o número
a frente representa a camada eletrônica ou nível energético e
a soma dos números em vermelho representa a quantidade o
número atômico ou a quantidade de elétrons que o átomo
possui.
1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s1
Exercícios Complementares
1 - (UFSC) O número de elétrons em cada
subnível do átomo estrôncio (38Sr) em ordem
crescente de energia é:
a) 1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s² - 3d10 - 4p6 - 5s²
b) 1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s² - 4p6 - 3d10 5s2
c) 1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 3d10 - 4s² - 4p6 - 5s²
d) 1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4p6 - 4s² - 3d10 - 5s²
e) 1s² - 2s² - 2p6 - 3s² - 3p6 - 4s - 4p6 - 3d10 5s2
2 - (Unaerp) O fenômeno da supercondução de
eletricidade, descoberto em 1911, voltou a ser
objeto da atenção do mundo científico com a
constatação de Bednorz e Müller de que materiais
cerâmicos podem exibir esse tipo de
comportamento, valendo um prêmio Nobel a
esses dois físicos em 1987. Um dos elementos
químicos mais importantes na formulação da
cerâmica
supercondutora
é
o
ítrio:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1. O número
de camadas e o número de elétrons mais
energéticos para o ítrio, serão, respectivamente:
a) 4 e1.
b) 5 e1.
c) 4 e2.
d) 5 e3.
e) 4 e3 .
3 - (PUC) O número normal de subníveis
existentes no quarto nível energético dos átomos
é igual a:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5
4 - (Unifor-CE) O átomo de um elemento químico
tem 14 elétrons no 3º nível energético (n = 3). O
número atômico desse elemento é:
a) 14
b) 16
c) 24
d) 26
e) 36
Gabarito
1 - A; 2 - B; 3 - D; 4 – D.