Como Entender a Configuração Eletrônica dos Átomos
A configuração eletrônica de um átomo é uma maneira de descrever como seus elétrons estão dispostos em diferentes níveis e subníveis de energia ao redor do núcleo. A configuração eletrônica de um átomo determina muitas de suas propriedades físicas e químicas, como como reage com outros átomos, como conduz eletricidade e como se comporta em um campo magnético.
O que é um Elétron?
Um elétron é uma partícula subatômica com carga negativa que orbita o núcleo de um átomo. O núcleo consiste em prótons com carga positiva e nêutrons com carga neutra. O número de prótons no núcleo define o número atômico de um elemento, e o número de elétrons em um átomo neutro é igual ao número de prótons.
Os elétrons têm muito pouca massa em comparação com os prótons e nêutrons, e movem-se muito rapidamente em suas órbitas. As órbitas não são caminhos circulares, mas sim regiões do espaço onde os elétrons são mais prováveis de ser encontrados. Essas regiões são chamadas de orbitais ou subcamadas, e têm diferentes formas e tamanhos dependendo de seu nível de energia.
O que é um Nível de Energia?
Um nível de energia é uma concha principal ou órbita que contém uma ou mais subcamadas ou orbitais. O nível de energia de um orbital é determinado por sua distância do núcleo: quanto mais próximo estiver, menor será sua energia; quanto mais distante, maior será sua energia.
Os níveis de energia são numerados de 1 a 7, começando pelo mais próximo do núcleo. O primeiro nível de energia pode conter até 2 elétrons, o segundo até 8, o terceiro até 18, e assim por diante. A fórmula para calcular o número máximo de elétrons em um nível de energia é 2n^2, onde n é o número do nível de energia.
O que é uma Subcamada?
Uma subcamada é uma subdivisão de um nível de energia que contém um ou mais orbitais com a mesma forma e energia. As subcamadas são nomeadas por letras: s, p, d, f, g, etc., correspondendo aos números quânticos orbitais 0, 1, 2, 3, 4, etc. O número de subcamadas em um nível de energia é igual ao número do nível de energia: por exemplo, o primeiro nível de energia tem uma subcamada (s), o segundo tem duas (s e p), o terceiro tem três (s, p e d), e assim por diante.
O número máximo de elétrons que podem caber em uma subcamada é dado pela fórmula 2(2l + 1), onde l é o número quântico orbital. Por exemplo, a subcamada s pode conter até 2 elétrons, a subcamada p até 6, a subcamada d até 10, e a subcamada f até 14.
O que é um Orbital?
Um orbital é uma região do espaço dentro de uma subcamada onde um elétron pode ser encontrado com certa probabilidade. A forma e o tamanho de um orbital dependem de seu nível de energia e subcamada: por exemplo, os orbitais s são esféricos, os orbitais p têm forma de haltere, os orbitais d têm forma de trevo ou complexa, e os orbitais f são ainda mais complexos.
Cada orbital pode conter até 2 elétrons com spins opostos: um girando no sentido horário e outro no sentido anti-horário. O spin é outra propriedade dos elétrons que afeta seu comportamento magnético.
Como Escrever a Configuração Eletrônica de um Átomo?
A configuração eletrônica de um átomo é escrita listando todas as subcamadas ocupadas com seu número de elétrons em superscript. Por exemplo, a configuração eletrônica do hidrogênio (H) com um elétron é 1s^1; a configuração eletrônica do hélio (He) com dois elétrons é 1s^2; a configuração eletrônica do lítio (Li) com três elétrons é 1s^2 2s^1; e assim por diante.
A ordem na qual as subcamadas são preenchidas segue uma regra chamada princípio de Aufbau ou princípio de construção: os elétrons ocupam os orbitais de menor energia disponíveis antes de se mover para os de maior energia.
Como Aplicar o Princípio de Aufbau?
Para escrever a configuração eletrônica de um átomo usando o princípio de Aufbau, precisamos seguir estas etapas:
Comece com o orbital de menor energia, que é o orbital 1s, e preencha-o com até dois elétrons.
Mova-se para o próximo orbital de menor energia, que é o orbital 2s, e preencha-o com até dois elétrons.
Mova-se para o próximo orbital de menor energia, que é o orbital 2p, e preencha-o com até seis elétrons.
Continue este processo até que todos os elétrons do átomo sejam atribuídos a orbitais.
Para simplificar a escrita das configurações eletrônicas, podemos usar uma notação abreviada que utiliza o símbolo do último gás nobre entre colchetes para representar os elétrons internos que estão em uma configuração estável. Por exemplo, em vez de escrever 1s^2 2s^2 2p^6 para néon (Ne), podemos escrever [He] 2s^2 2p^6, onde [He] representa a configuração do hélio (He).
Também podemos usar um diagrama chamado diagrama de orbitais ou diagrama de configuração eletrônica para mostrar a distribuição de elétrons em orbitais usando setas ou círculos. As setas representam o spin dos elétrons, e devem ser pareadas com spins opostos em cada orbital. Os círculos representam os elétrons sem mostrar seu spin.
Quais são as Exceções ao Princípio de Aufbau?
O princípio de Aufbau funciona bem para a maioria dos elementos, mas existem algumas exceções onde os elétrons não preenchem os orbitais de acordo com seus níveis de energia. Essas exceções ocorrem porque alguns átomos são mais estáveis quando têm subcamadas semi-preenchidas ou totalmente preenchidas, especialmente nos blocos d e f.
Por exemplo, o crómio (Cr) tem um número atômico de 24, o que significa que tem 24 elétrons. De acordo com o princípio de Aufbau, sua configuração eletrônica deveria ser [Ar] 4s^2 3d^4, onde [Ar] representa a configuração do argônio (Ar). No entanto, esta configuração não é muito estável porque a subcamada 3d está apenas parcialmente preenchida com quatro elétrons. Uma configuração mais estável é [Ar] 4s^1 3d^5, onde ambas as subcamadas 4s e 3d estão semi-preenchidas com um e cinco elétrons, respectivamente.
Outro exemplo é o cobre (Cu), que tem um número atômico de 29 e 29 elétrons. De acordo com o princípio de Aufbau, sua configuração eletrônica deveria ser [Ar] 4s^2 3d^9, onde [Ar] representa a configuração do argônio (Ar). No entanto, esta configuração não é muito estável porque a subcamada 3d está apenas parcialmente preenchida com nove elétrons. Uma configuração mais estável é [Ar] 4s^1 3d^10, onde ambas as subcamadas 4s e 3d estão totalmente preenchidas com um e dez elétrons, respectivamente.
Existem outras exceções ao princípio de Aufbau nos metais de transição (bloco d) e nos lantanídeos e actinídeos (bloco f). Para identificar essas exceções, precisamos olhar para suas configurações eletrônicas observadas e compará-las com as previstas com base em seus níveis de energia.
Por que a Configuração Eletrônica de um Átomo é Importante?
A configuração eletrônica de um átomo é importante porque determina muitas de suas propriedades físicas e químicas. Por exemplo:
O número de elétrons de valência, que são os elétrons na camada ou subcamada externa, afeta como um átomo forma ligações com outros átomos. Os átomos tendem a ganhar ou perder elétrons para alcançar uma configuração estável de oito elétrons de valência (ou dois para hidrogênio e hélio), que é chamada de regra do octeto. Esta regra explica por que os átomos formam íons, ligações covalentes ou ligações metálicas.
