Antes de começarmos essa aula, vamos relembrar o que são os átomos:
Um átomo é a menor partícula do universo que por ventura constitui todas as coisas que existem e que conhecemos.
No átomo nós temos um núcleo e uma região muito maior que o próprio núcleo chamada de eletrosfera.
Dentro do núcleo de um átomo temos os prótons e os nêutrons.
Os prótons são partículas subatômicas minúsculas que se encontram dentro do núcleo com carga positiva +1. Já os nêutrons, como sugere seu próprio nome, possuem carga neutra, ou seja, carga 0.
Em torno deste núcleo temos então a eletrosfera, onde as partículas subatômicas nomeadas de ''elétrons'' orbitam em torno do núcleo.
Os elétrons tem carga negativa -1 e por essa razão são atraídos pelo núcleo que contém os prótons com a carga positiva, e já que os opostos se atraem, os elétrons orbitam em torno do núcleo por conta da polaridade positiva dos prótons e os prótons também ''prendem'' os elétrons em torno do núcleo pois também são atraídos pela polaridade negativa dos elétrons.
A representação de um átomo:
O núcleo composto por prótons e nêutrons ao centro (círculos azuis e vermelhos) e a trajetória representada em desenho das órbitas destes elétrons (círculos cinzas).
Em sua tabela periódica você pode muito bem encontrar o número atômico de um elemento, por exemplo:
Esse número 4 no elemento Berílio da tabela periódica, representa o número atômico do elemento, ou seja, a quantidade de prótons que este elemento tem dentro do núcleo.
Ou seja, o Berílio possui 4 prótons em seu núcleo.
O que diferencia cada elemento químico é a sua quantidade de prótons no núcleo de uma unidade de seu átomo, ou seja, seu número atômico.
Perceba que na tabela periódica cada elemento possui um número atômico distinto, ou seja, nenhum elemento é totalmente igual ao outro, os elementos da tabela periódica por mais que alguns possuam características similares à outros, sempre serão elementos distintos e não totalmente idênticos.
Você precisa saber também que quando um elemento esta no seu estado fundamental, a quantidade de prótons será igual a quantidade de elétrons neste átomo, ou seja, no caso do Berílio em seu estado fundamental, ele possui 4 prótons (cargas positivas) e 4 elétrons (cargas negativas).
Certo, sabendo de tudo isso podemos seguir com o raciocínio de que os elétrons não orbitam em torno do núcleo de qualquer maneira, em frequências e distâncias aleatórias.
Os elétrons orbitam em torno do núcleo de uma maneira específica seguindo uma ordem energética.
Como a eletrosfera (local onde os elétrons se encontram nos átomos) é muito grande com relação ao mundo microscópico, foi preciso dividi-la em camadas.
Assim como o planeta Terra por ser gigante aos nossos olhos foi dividido em continentes para nos localizarmos melhor, a eletrosfera também será divida em níveis, os continentes, ou mais corretamente, em camadas.
Os elétrons não ficam todos encostados no núcleo, cada elétron pode orbitar em diferentes distâncias do mesmo, desde distâncias mais próximas do centro, até distâncias mais distantes.
As camadas da eletrosfera foram dividas da seguinte forma:
Camada 1: K
Camada 2: L
Camada 3: M
Camada 4: N
Camada 5: O
Camada 6: P
Camada 7: Q
Esses números das camadas chamam-se ''números quânticos principais'' e são representados pela letra ''n''.
Os elétrons que orbitam dentro da camada ''K'' estão mais próximos do núcleo, por isso dizemos que eles estão numa camada mais 'interna' do átomo.
Por estarem mais próximos do núcleo eles tem menos energia que os elétrons que estão orbitando em outras camadas mais distantes do centro, ou seja, dizemos que estes elétrons são menos energéticos.
Por sua vez, os elétrons que estão na camada "Q" estão bem mais distantes do núcleo, então dizemos que eles são elétrons mais externos, que eventualmente participarão das ligações químicas.
Quanto mais distante os elétrons estão em relação ao núcleo, mais energia eles tem, mais energéticos eles serão.
Podemos dizer então que por exemplo, os elétrons da camada K são menos energéticos que os elétrons da camada L e que os elétrons da camada Q são muito mais energéticos que os elétrons da camada P.
Foi constatado também que temos um limite máximo de elétrons em cada camada, veja:
Camada K comporta 2 elétrons no máximo;
Camada L 8e;
M: 18e;
N: 32e;
O: 32e;
P: 18e;
Q: 8e
Note que nas camadas ''N'' e "O" podemos ter até 32 elétrons e que por exemplo na camada "Q'' 8 elétrons.
Mas isso não significa que essas camadas tenham que ter exatamente o número máximo de elétrons em cada uma delas, isso significa a quantidade máxima de elétrons cabíveis numa determinada camada.
Um elemento pode ter 2 elétrons na camada ''K'' e apenas 4 na camada ''L'', ele não é obrigado a preencher o limite máximo de elétrons por camada, o que nos leva a pensar que consequentemente ele não é obrigado a ter as outras camadas restantes, tendo apenas as duas primeiras: K e L.
Atualmente conhecemos 118 elementos da tabela periódica, sendo o elemento de número 118 o ununóctio.
Este elemento preenche todas as 7 camadas conhecidas da eletrosfera e consequentemente o número máximo de cada elétron por camada, ou seja, ele possui 118 elétrons em sua eletrosfera.
Como é o último elemento da tabela e o que mais contém elétrons e prótons, tomamos como referência este elemento na divisão das camadas em 7 níveis e seu limite de elétrons p/camadas, mas se por exemplo, eventualmente algum novo elemento for descoberto ou sintetizado com mais de 118 elétrons, então teremos um número ''limite'' maior para os elétrons de cada camada.
Os químicos já pensando nessa possibilidade, ''separaram'' essas novas camadas, chamadas de camadas teóricas, veja:
Quantidade máxima de elétrons por camadas (teórico):
K: 2e
L: 8e
M: 18e
N: 32e
O: 50e
P: 72e
Q: 98e
Mas o que é válido para nós atualmente é o modelo prático das quantidades máximas de elétrons p/ camadas, apresentado mais acima, e é com ele que iremos prosseguir.
Pois bem, agora você já sabe que a eletrosfera é divida em camadas, totalizando 7 níveis, mas mesmo com essa divisão na eletrosfera, foi percebido que a mesma ainda é muito grande com relação ao tamanho do núcleo e foi pensando nisso que subdividiram essas camadas em subcamadas.
Pense novamente no exemplo do planeta Terra: Ele é dividido em 6 continentes, mas dê atenção ao continente americano: Saiba que ele está subdividido em 3 localizações: América do sul (onde o Brasil se encontra). América central e América do norte, ou seja, dividiram algo já dividido.
Pense nas subdivisões da eletrosfera da mesma maneira: Dentro da divisão há outra divisão, chamada de subdivisão.
Pois bem, essas subdivisões das camadas da eletrosfera receberam os seguintes nomes:
Subdivisão s, p, d, f.
Para lembrar de cada uma em ordem pense ''sinto pena do feio''
Pois então, foi constatado que em cada subnível das camadas há também um número limite de elétrons por subcamada:
s = 2
p = 6
d= 10
f= 14
Ou seja, o primeiro subnível (s) comporta 2 elétrons, o segundo (p) 6 elétrons, o terceiro (d) 10 elétrons e o quarto e último subnível (f) 14 elétrons.
Agora que você sabe disso vamos ''preencher'' as camadas com os elétrons das subcamadas.
Veja, temos as camadas:
K,L,M,N,O,P,Q e em cada camada cabem respectivamente: 2,8,18,32,32,18,8 elétrons.
Para completarmos a camada ''K'' que comporta 2 elétrons, qual subnível usaremos? ''s'', claro! Pois ele comporta exatamente 2 elétrons:
K => s2
Faremos isso com cada uma das 7 camadas:
K => s2
L =>
M =>
N =>
O =>
P =>
Q =>
Na camada ''L'' podemos colocar no máximo 8 elétrons... Podemos utilizar o subnível 's' para isso:
K => s2
L => s2
Mas então apenas colocamos 2 elétrons nesta camada, e nossa meta é preencher até seu limite, ou seja, 8 elétrons. Então podemos utilizar um outro subnível para isso... O ''p'', pois ele comporta até 6 elétrons: 2(que já temos) + 6 = 8
K => s2
L => s2 p6
Pronto, camada "L" preenchida, a próxima será a camada "M" que comporta até 18 elétrons!
Se utilizarmos os subníveis: s2 e p6 para essa camada, já teríamos aí 8 elétrons, mas faltariam 10... Então podemos utilizar o subnível ''d'' que comporta exatamente 10 elétrons:
K => s2
L => s2 p6
M => s2 p6 d10
Agora a camada "M" está preenchida, tendo como próxima a camada "N" que comporta até 32 elétrons.
Para esta camada podemos utilizar os subníveis: s2 p6 d10 totalizando 18 elétrons e faltando 14 para completarmos os 32 limite dessa camada, ou seja, podemos utilizar o subnível ''f'' que comporta exatamente esse número de elétrons:
K => s2
L => s2 p6
M => s2 p6 d10
N => s2 p6 d10 f14
Completamos a camada "N".
A próxima camada é a camada "O" que também comporta 32 elétrons, ou seja, os mesmos subníveis da camada N:
K => s2
L => s2 p6
M => s2 p6 d10
N => s2 p6 d10 f14
O => s2 p6 d10 f14
Para a próxima camada temos a "P" que comporta 18 elétrons, ou seja, basta ''copiar''os subníveis da camada "M":
K => s2
L => s2 p6
M => s2 p6 d10
N => s2 p6 d10 f14
O => s2 p6 d10 f14
P => s2 p6 d10
E por fim a última camada "Q" que comporta apenas 8 elétrons, utilizamos os subníveis s e p, apenas:
K => s2
L => s2 p6
M => s2 p6 d10
N => s2 p6 d10 f14
O => s2 p6 d10 f14
P => s2 p6 d10
Q => s2 p6
Por fim chegamos ao diagrama de Pauling.
O diagrama de Linus Pauling nos dá uma noção exata da sequência correta da distribuição energética dos elétrons nos subníveis!
Substitua as letras "K, L,M e etc...'' no diagrama pelos seus respectivos números quânticos principais para facilitar a visualização:
A ordem correta para se ler e visualizar este diagrama é numa diagonal, da esquerda para a direita de cima para baixo, assim:
Sabendo-se de tudo isso, podemos então finalmente realizar a configuração eletrônica dos elementos químicos, vamos lá?
Observe o Neônio:
Temos então num total de 4 elétrons, faltam 4 para completarmos os 8 elétrons, vamos para o próximo subnível de acordo com a ordem do diagrama: 2p6
Mas não precisamos colocar os 6 elétrons máximos neste subnível, mesmo porque temos apenas mais quatro elétrons, podemos então quando chegarmos no último subnível do elemento, colocarmos menos elétrons que o número máximo do subnível, podemos colocar quantos elétrons precisamos e no caso do oxigênio, mais 4, então fica:
E esta é a configuração eletrônica do oxigênio.
Faremos mais um?
Ele por ser um cátion irá perder os elétrons da sua camada de valência, no caso: 4s1.
Então iremos retirar um elétron da sua camada de valência (por ele ter Nox +1 por pertencer a família dos metais alcalinos) e então iremos ter a seguinte distribuição eletrônica para o íon de potássio:
Agora o potássio passa a ter a camada M como sua camada de valência, e 8 elétrons na mesma: 2 + 6 = 8, logo, ele se encontra estável.
Vamos agora ver um exemplo com um ânion...
O átomo de selênio tem a configuração eletrônica:
Na ordem geométrica:
Agora, para o íon de Selênio (um ânion) por pertencer a família dos calcogênios, ele ganha 2 átomos na sua camada de valência:
Sua camada de valência é a camada 4, ou seja, a camada N:
Nessa camada temos ao todo 6 elétrons:
Ao ganhar mais dois elétrons por ser um ânion, ele ficará em sua última camada com 8 elétrons e irá se estabilizar:
Então a distribuição eletrônica do íon de Selênio é:
Algo interessante a ser comentado é o seguinte:
O esquema a seguir mostra as camadas de valência referente aos subníveis de cada elemento na tabela periódica:
Isso significa que: Por exemplo no caso dos metais alcalinos e metais alcalinos terrosos, o subnível da sua camada de valência será s. Assim como para todos os gases nobres, halogênios, não metais, metais de representação e semi-metais, seu subnível da camada de valência será p, e por fim, para alguns dos lantanídeos e actinídeos, sua subcamada de valência será f.
Nós chamamos esta organização de blocos de subníveis.
Ou seja, podemos dizer que por exemplo o magnésio (Mg) da família dos alcalinos terrosos se encontra no bloco s, ou que o hélio (He) da família dos gases nobres, se encontra no bloco p.
Você pode verificar a verdade desta organização de acordo com as configurações eletrônicas dos elementos feitos aqui:
A configuração eletrônica do potássio (feita mais acima) é:
Note que na sua última camada (camada de valência) temos o subnível s. O potássio por sua vez, é da família dos metais alcalinos, e se você for notar na representação dos blocos dos subníveis na tabela, ele pertence justamente ao bloco s.
Outro exemplo?
O átomo de Selênio que fizemos logo ali em cima, sua configuração eletrônica foi:
Note que o subnível da camada de valência é p. O selênio é da família dos não metais, que consequentemente se encontram no bloco p.
Mas existe uma exceção quanto à isso, são os elementos das famílias com terminações ''B'', por exemplo, o ferro:
Perceba que o subnível de sua camada mais energética (não agora a camada de valência) é d. O ferro pertence à família dos metais de transição, que por sua vez tem em sua camada mais energética o subnível d.
Sim, apenas para os elementos das famílias com terminações ''B'' como todos os metais de transição e a maioria dos lantanídeos e actinídeos, o que é levado em conta com relação ao bloco não é seu subnível na camada de valência, mas sim seu subnível na camada mais energética.
Mas com esta exceção dos elementos pertencentes aos grupos com terminação B: (1B, 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8D)
Todos os blocos restantes tem referência aos subníveis da camada de valência, não a mais energética.
Então por fim, esta aula está concluída! Espero que gostem do conteúdo aqui repassado, e não se esqueçam de fazer os exercícios da apostila logo abaixo e de comentar sua opinião sobre a aula ou alguma dúvida.
Até.
Substitua as letras "K, L,M e etc...'' no diagrama pelos seus respectivos números quânticos principais para facilitar a visualização:
A ordem correta para se ler e visualizar este diagrama é numa diagonal, da esquerda para a direita de cima para baixo, assim:
Ou seja, a ordem energética correta seria:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 e assim sucessivamente... Sempre seguindo a orientação do diagrama de Linus, uma diagonal da esquerda para a direita, de cima para baixo.
Sabendo-se de tudo isso, podemos então finalmente realizar a configuração eletrônica dos elementos químicos, vamos lá?
Observe o Neônio:
O neônio possui número atômico 10, ou seja, ele possui 10 prótons e em seu estado fundamental também 10 elétrons.
Temos 10 elétrons para distribuir na eletrosfera deste elemento e seus subníveis, seguindo a ordem correta do diagrama de Linus Pauling, veja como se faz:
Iremos começar pelo primeiro subnível no diagrama o 1s2:
1s2
Já colocamos 2 elétrons na eletrosfera do neônio, mas ainda temos 8 restantes... O que fazer?
Utilizar outro subnível na ordem do diagrama, ou seja: 2s2:
Agora colocamos 4 elétrons ao todo na eletrosfera do neônio: 2 + 2 = 4, mas ainda nos restam mais 6 elétrons... Quem é o próximo subnível do diagrama de Pauling? 2p6!
Ficou então:
Soma-se então os elétrons nos subníveis: 2 + 2 + 6 = 10
Está feito! Colocamos todos os elétrons na eletrosfera do Neônio, e esta é sua configuração eletrônica.
Veremos mais um exemplo:
O oxigênio tem em seu átomo 8 prótons, e consequentemente 8 elétrons, ou seja, temos exatamente 8 elétrons para preencher suas camadas e subcamadas, vamos começar?
Número atômico: 8
Vamos começar na ordem do diagrama... Quem é o primeiro subnível? 1s2, certo?
Então:
1s2
Mas só colocamos 2 elétrons na eletrosfera do oxigênio, ainda faltam mais 6... Qual subnível utilizamos? O próximo subnível na ordem do diagrama é 2s2, então temos:
Temos então num total de 4 elétrons, faltam 4 para completarmos os 8 elétrons, vamos para o próximo subnível de acordo com a ordem do diagrama: 2p6
Mas não precisamos colocar os 6 elétrons máximos neste subnível, mesmo porque temos apenas mais quatro elétrons, podemos então quando chegarmos no último subnível do elemento, colocarmos menos elétrons que o número máximo do subnível, podemos colocar quantos elétrons precisamos e no caso do oxigênio, mais 4, então fica:
E esta é a configuração eletrônica do oxigênio.
Faremos mais um?
O ferro possui como número atômico 26, então temos 26 elétrons para distribuir em sua eletrosfera, vamos lá:
Obrigatoriamente temos o primeiro subnível:
Ainda temos 24 elétrons para distribuirmos, vamos lá até completar os 26:
Seguindo a ordem do diagrama, teremos o seguinte:
Somando por enquanto temos: 2+2+6+2+6+2 = 20
Um total de 20 elétrons, precisamos apenas distribuir mais 6 elétrons para completar os 26, vamos verificar o próximo subnível no diagrama:
Vimos então que o próximo subnível é o 3d10... Mas como só precisamos preencher com mais 6 elétrons, não necessitamos colocar o máximo de elétrons neste subnível (mesmo porque temos apenas 6 elétrons e não os 10):
Aí está a configuração eletrônica do Ferro!
Note que nossa sequência ficou da seguinte forma:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
Note que temos um subnível da camada 4, ou seja, da camada N, antes de um subnível da camada 3, a camada M, logo, neste caso, podemos dizer que os elétrons da subcamada ''3d'' são mais energéticos do que os elétrons da subcamada ''4s'', pois sempre o último subnível é o mais energético de todos.
Porém, a camada mais externa ainda continua sendo a 4 neste caso, portanto podemos re-organizar esta sequência que está na ordem energética, numa ordem geométrica, ou seja, da menor camada até a maior:
Veja que a única coisa que fiz foi re-organizar as camadas em ordem crescente (da menor para a maior) mas sem alterar seus valores.
A camada mais externa do Ferro é a camada 4 ou N, porém a camada mais energética (que possui mais energia) é a camada 3 (M), os elétrons dessa camada possuem mais energia que os elétrons da camada mais externa e das outras camadas mais internas (K e L).
Os elétrons da camada mais externa da eletrosfera (da última camada) são também chamados de elétrons da camada de valência, e são esses elétrons, desta camada, que irão participar das ligações químicas.
Então no caso do Ferro, temos:
Em resumo, a ordem energética mostra as camadas em ordem de energia dos elétrons dispostos em camadas, dos menos energéticos até os mais energéticos, ou seja, os elétrons da última camada dessa ordem são os que tem mais energia.
Já a ordem geométrica organiza as camadas da mais interna até a mais externa, isso indica que a última camada nesta ordem, é a mais externa, conhecida como camada de valência que participa das ligações químicas.
Até aqui nós fizemos a configuração eletrônica dos átomos... Mas e no caso dos íons?
No caso de íons, nós iremos acrescentar elétrons para os ânions e retirar os elétrons dos cátions em sua camada de valência, ou seja, na sua camada mais externa.
Exemplo:
No caso do potássio ele possui número atômico 19, ou seja temos 19 elétrons para distribuir em sua eletrosfera, vamos lá...
Note que a camada mais externa do potássio é a camada 4 (N), logo, esta é sua camada de valência.
No caso do íon de potássio:
Ele por ser um cátion irá perder os elétrons da sua camada de valência, no caso: 4s1.
Então iremos retirar um elétron da sua camada de valência (por ele ter Nox +1 por pertencer a família dos metais alcalinos) e então iremos ter a seguinte distribuição eletrônica para o íon de potássio:
Agora o potássio passa a ter a camada M como sua camada de valência, e 8 elétrons na mesma: 2 + 6 = 8, logo, ele se encontra estável.
Vamos agora ver um exemplo com um ânion...
O átomo de selênio tem a configuração eletrônica:
Na ordem geométrica:
Agora, para o íon de Selênio (um ânion) por pertencer a família dos calcogênios, ele ganha 2 átomos na sua camada de valência:
Sua camada de valência é a camada 4, ou seja, a camada N:
Nessa camada temos ao todo 6 elétrons:
Ao ganhar mais dois elétrons por ser um ânion, ele ficará em sua última camada com 8 elétrons e irá se estabilizar:
Então a distribuição eletrônica do íon de Selênio é:
Algo interessante a ser comentado é o seguinte:
O esquema a seguir mostra as camadas de valência referente aos subníveis de cada elemento na tabela periódica:
Nós chamamos esta organização de blocos de subníveis.
Ou seja, podemos dizer que por exemplo o magnésio (Mg) da família dos alcalinos terrosos se encontra no bloco s, ou que o hélio (He) da família dos gases nobres, se encontra no bloco p.
Você pode verificar a verdade desta organização de acordo com as configurações eletrônicas dos elementos feitos aqui:
A configuração eletrônica do potássio (feita mais acima) é:
Note que na sua última camada (camada de valência) temos o subnível s. O potássio por sua vez, é da família dos metais alcalinos, e se você for notar na representação dos blocos dos subníveis na tabela, ele pertence justamente ao bloco s.
Outro exemplo?
O átomo de Selênio que fizemos logo ali em cima, sua configuração eletrônica foi:
Note que o subnível da camada de valência é p. O selênio é da família dos não metais, que consequentemente se encontram no bloco p.
Mas existe uma exceção quanto à isso, são os elementos das famílias com terminações ''B'', por exemplo, o ferro:
Perceba que o subnível de sua camada mais energética (não agora a camada de valência) é d. O ferro pertence à família dos metais de transição, que por sua vez tem em sua camada mais energética o subnível d.
Sim, apenas para os elementos das famílias com terminações ''B'' como todos os metais de transição e a maioria dos lantanídeos e actinídeos, o que é levado em conta com relação ao bloco não é seu subnível na camada de valência, mas sim seu subnível na camada mais energética.
Mas com esta exceção dos elementos pertencentes aos grupos com terminação B: (1B, 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8D)
Todos os blocos restantes tem referência aos subníveis da camada de valência, não a mais energética.
Então por fim, esta aula está concluída! Espero que gostem do conteúdo aqui repassado, e não se esqueçam de fazer os exercícios da apostila logo abaixo e de comentar sua opinião sobre a aula ou alguma dúvida.
Até.
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