Aula 08 - Níveis e subníveis eletrônicos e a

Aula 08 - Níveis e subníveis eletrônicos e a
Distribuição Eletrônica
Nas nossas aulas passadas nós vimos que cada elemento químico é
caracterizado pelo seu número atômico (Z). Vimos também que um átomo no
estado fundamental possui o mesmo número de prótons (Z) e elétrons (e-),
existindo esse com carga neutra. Já os íons, ou seja, átomos com carga elétrica
positiva ou negativa, possuem diferenças nos números de prótons e elétrons.
Chamamos de cátions os átomos que perderam um ou mais elétrons, ficando
carregados positivamente. Já aqueles que ganharam um ou mais elétrons,
ficando carregados negativamente, são chamados de ânions. Esses elétrons
que os átomos podem ganhar ou perder localizam-se na eletrosfera, a qual
verificamos que possui várias camadas, chamadas de níveis eletrônicos, tema
inicial de nossa aula dessa semana.

Níveis e subníveis de energia
Ao estudar os átomos, Bohr chegou a algumas conclusões interessantes
sobre a eletrosfera, verificando que os elétrons giravam em órbitas especificas,
sendo essas chamadas de níveis de energia. Se um elétron tem baixa energia,
esse ficará mais próximo ao núcleo, que é o estado de menor energia. Quando
um elemento químico possui mais elétrons que o nível de energia mais próximo
do núcleo (camada K) comporta, esses elétrons passam a se localizar no
próximo nível menos energético. Com isso verificamos que os elétrons começam
a preencher inicialmente as camadas menos energéticas mais próximas do
núcleo e vão preenchendo as seguintes a medida que o número de elétrons
aumenta.
Em seus experimentos, Bohr verificou um fenômeno muito interessante.
Ao observar diferentes elementos químicos, Bohr verificou que os elétrons
podem absorver uma determinada quantidade de energia, chamada de quanta,
e saltar de um nível menos energético para outro mais energético, sendo
chamado esse processo de salto quântico. Entretanto, quando essa fonte de
energia se esgota o elétron tende a voltar à sua orbita menos energética,
emitindo essa quantidade de energia absorvida.
o Como assim emitindo?
O elétron perde, na forma de uma onda eletromagnética, uma quantidade
de energia que corresponde à diferença de energia existente entre as órbitas
envolvidas no movimento do elétron. A mudança entre órbitas diferentes libera
quantidades de energia diferentes, as quais representam diferentes cores. Veja
o exemplo do teste de chama abaixo (Figura 1):
Figura 1 - Cores obtidas no teste de chama para diferentes elementos químicos
Diferentes elementos químicos com diferentes números de níveis eletrônicos, quando
expostos a chama, absorvem energia da chama e excitam seus elétrons para o próximo
nível e, ao voltar, emitem energia em diferentes comprimentos de onda, gerando
colorações diferentes. No exemplo temos as emissões dos elementos, da esquerda para
a direita, os íons de bário, lítio, cálcio, sódio, cobre e em lilás o íon do potássio.
Com essas informações diversos cientistas passaram a se interessar
pelos estudos dos espectros descontínuos. Mais tarde, veio a se verificar que
essas emissões verificadas na forma de raias no espectro eram na verdade a
sobreposições de algumas raias mais finas. Com isso, descobriu-se que as
camadas são divididas em outras ainda menores, chamados de subníveis de
energia.
Os subníveis são representados pelas letras s, p, d e f. Cada subnível
comporta um determinado número de elétrons, sendo esses, respectivamente,
2, 6, 10 e 14. Assim como verificamos para os níveis de energia, ao iniciarmos a
preencher a eletrosfera de um átomo, verificamos que primeiro preenchem-se os
subníveis menos energéticos, sendo seguidos dos mais energéticos a medida
que esses primeiros se enchem. Entretanto, os níveis
não são preenchidos de maneira ordenada, por
exemplo: primeiro todos os elétrons da camada K, em
seguida todos os elétrons da camada L, e assim por
diante. Verificamos que a distribuição dos elétrons se
dá de acordo com os subníveis menos energéticos,
sendo esses os primeiros a serem ocupados. Na figura
2 podemos verificar como se organiza essa ordem de
energia.
Veja que o subnível menos energético é o subnível s
da camada 1, logo será o primeiro a ser preenchido.
Ele é seguido pelo subnível s da camada 2,
posteriormente o subnível p da camada 2 e segue de
acordo com as flechas verificadas na figura, sendo o
subnível menos energético verificado na figura o s da
camada 7.
Figura 2 - Níveis energias dos
diferentes subníveis de cada
nível
Como
vimos
anteriormente,
cada
nível
comporta um determinado número de elétrons.
Distribuindo-se esses elétrons nos diferentes subníveis, tem-se o verificado na
tabela 1 abaixo.
Tabela 1 – Níveis e subníveis eletrônicos e o número de elétrons em cada um
Subníveis e a distribuição de
Camada
Nível
Nº de elétrons por nível
K
1
2
1s2
L
2
8
2s2
2p6
M
3
18
3s2
3p6
3d10
N
4
32
4s2
4p6
4d10
4f14
O
5
32
5s2
5p6
5d10
5f14
P
6
18
6s2
6p6
6d10
Q
7
8
7s2
7p6
elétrons entre esses
Com esses dados, chegamos a uma representação gráfica para os
subníveis que facilitou (e muito) na visualização dos níveis crescentes de
energia. Essa visualização é chamada de Diagrama de Linus Pauling e pode
ser verificado na figura 3.
Figura 3 - Diagrama de Linus Pauling
O preenchimento da eletrosfera pelos elétrons em subníveis obedece a
ordem crescente de energia definida pelo diagrama de Linus Pauling: 1s2, 2s2,
2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d10, 6p6, 7s2, 5f14, 6d10, 7p6.
**OBS: Você pode verificar que na figura observamos o nível 8, mas esse é verificado
APENAS de maneira teórica, não existindo nenhum elemento químico com essas
configurações eletrônicas
Fazendo a distribuição eletrônica
Para compreendermos e conseguirmos realizar a distribuição eletrônica
de um determinado elemento químico devemos primeiramente levar em
consideração um aspecto: esse átomo está neutro ou é um íon? Verifique a
existência ou não de cargas no átomo olhando a presença (ou não) de sinais
“+” e “-” na molécula. Por exemplo:
Os átomos:
Xe
S2-
Al3+
No caso do átomo “Xe”, verificamos que esse não possui carga, logo, seu
número de elétrons é igual ao número de prótons verificado na tabela periódica,
que é de 54. Fazendo a distribuição eletrônica dele temos:
Xe  1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6
Observando a distribuição eletrônica verificamos então que o átomo
possui 5 camadas, visto que essa é a última na qual o elemento “Xenônio” possui
elétrons. Essa última camada na qual um elemento químico possui elétrons é
chamada de Camada de Valência. Já o subnível que possui maior energia,
chamado de subnível mais energético, é aquele que aparece por último na
distribuição, logo, é o 5p6.
Agora, no caso dos átomos de S2- e Al3+, verificamos que esses possuem
cargas através dos sinais verificados em seus símbolos. Verificamos que o S2possui 2 elétrons a mais que seu número de prótons, sendo carregado
negativamente. Se seu número de prótons (de acordo com uma tabela periódica)
é 16, o número de elétrons desse íon é 18. Fazendo a distribuição eletrônica
desse ânion temos:
S2-  1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6
Observamos que a camada de valência desse composto é o nível 3 e
seu subnível mais energético é o 3p6.
Você compreendeu corretamente como realizamos a distribuição
eletrônica? Para praticar, faça a distribuição eletrônica do íon Al3+ e dos
átomos abaixo, identificando a camada de valência e subnível mais energético
desses átomos.
N3- 
Fe 
I
Gd 
Ra2+ 
Na+ 
At- 
Pt 
Ti 
C
Ar 