Configuração eletronica
O distribuição de elétrons dentro de um átomo ou molécula é chamada de sua 'configuração eletrônica', que define os níveis de energia e orbitais que os elétrons ocupam. O número atômico de um elemento, que equivale ao número de prótons no núcleo do átomo, determina a configuração eletrônica do elemento.
A quantidade de elétrons em cada camada e subcamada é normalmente representada por uma sequência de números e letras, como 1s 2s22 horas6, ao descrever a configuração eletrônica de um átomo. O número quântico principal, que se correlaciona com o nível de energia ou camada do elétron, é representado pelo primeiro número da sequência. O número quântico do momento angular determina qual letra após o número quântico principal denota a subcamada ou orbital do elétron.
Um diagrama orbital ou diagrama de camada eletrônica, que mostra o arranjo dos elétrons dentro dos níveis de energia e orbitais do átomo, também pode ser usado para representar a configuração eletrônica de um átomo. Cada orbital é simbolizado por uma caixa ou círculo em um diagrama orbital, e cada elétron é simbolizado por uma seta subindo ou descendo para indicar seu spin.
A estrutura eletrônica de um átomo desempenha um papel significativo na determinação de muitas das características químicas e físicas do elemento. Por exemplo, a reatividade, as características de ligação e a capacidade de participar de reações químicas de um átomo são influenciadas pela quantidade e disposição de seus elétrons. A quantidade de energia necessária para extrair um elétron de um átomo é conhecida como energia de ionização, que também é determinada pela configuração eletrônica do átomo.
A localização de um elemento na tabela periódica, que é uma lista dos elementos organizados em ordem crescente de número atômico, também pode ser prevista usando a configuração eletrônica do elemento. A tabela periódica agrupa elementos que possuem configurações eletrônicas comparáveis e propriedades equivalentes.
O princípio de exclusão de Pauli, que afirma que dois elétrons em um átomo não podem ter o mesmo conjunto de números quânticos, dita a configuração eletrônica de um átomo. Conseqüentemente, cada elétron em um átomo deve habitar um nível de energia e orbital distintos, e cada orbital só pode acomodar um par de elétrons com spin oposto.
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Vários métodos espectroscópicos podem ser usados para estabelecer diretamente a configuração eletrônica de um átomo. Por exemplo, a configuração eléctrica de um átomo no seu estado fundamental pode ser determinada utilizando o espectro de emissão de um elemento, e os níveis de energia dos electrões no átomo podem ser determinados utilizando o espectro de absorção do elemento.
Concluindo, a configuração eletrônica de um átomo é um componente básico de sua estrutura e afeta diversas de suas características químicas e físicas. O número atômico de um elemento determina sua configuração eletrônica, que pode ser mostrada como uma série de números e símbolos, um diagrama orbital ou um diagrama de camada eletrônica. O princípio de exclusão de Pauli, que pode ser encontrado experimentalmente por meio de métodos espectroscópicos, dita a configuração eletrônica de um átomo.
As configurações eletrônicas são úteis para:
- Descobrir a valência de um elemento.
- Prever as características de um grupo de elementos (as propriedades de elementos com configuração eletrônica semelhante são frequentemente idênticas).
- Analisando o espectro atômico.
Como escrever a configuração eletrônica
Cartuchos
Com base no número quântico principal, pode-se calcular o maior número de elétrons que cabem em uma camada (n). A fórmula para isso é 2n2, onde n é o número do shell. As tabelas abaixo listam as camadas, os valores de n e o número total de elétrons que podem caber.
| Shell e valor 'n' | Máximo de elétrons presentes na camada |
|---|---|
| Casca K, n = 1 | 2*12= 2 |
| Concha L, n = 2 | 2*22= 8 |
| Casca M, n = 3 | 232= 18 |
| Casca N, n = 4 | 2*42= 32 |
Subcascas
- O número quântico azimutal (representado pela letra 'l') determina as subcamadas em que os elétrons são divididos.
- O valor do número quântico principal, n, determina o valor deste número quântico. Como resultado, existem quatro subcamadas distintas que podem existir quando n é igual a 4.
- Quando n=4. Os subníveis s, p, d e f são os subníveis correspondentes para l=0, l=1, l=2 e l=3, respectivamente.
- A equação 2*(2l+1) indica quantos elétrons uma subcamada pode conter em sua capacidade máxima.
- Portanto, o maior número de elétrons que podem caber nas subcamadas s, p, d e f são 2, 6, 10 e 14, respectivamente.
Notação
- Usando rótulos de subcamadas, a configuração eletrônica de um átomo é descrita. Esses rótulos incluem o número do subnível e o número do invólucro, que é determinado pelo número quântico principal.
- a designação (fornecida pelo número quântico azimutal) e, em sobrescrito, o número total de elétrons na subcamada.
- Por exemplo, a notação seria '1s2' se houvesse dois elétrons na subcamada s da primeira camada.
- A configuração eletrônica do alumínio (número atômico 13) pode ser expressa como 1s22s22 horas63s23h1usando esses rótulos de subshell.
O princípio de Aufbau, o princípio de exclusão de Pauli e a regra de Hund são usados para preencher orbitais atômicos. Estas diretrizes ajudam a decidir como os elétrons ocupam os orbitais acessíveis.
Princípio da estrutura:
De acordo com o princípio de Aufbau, os elétrons ocupam orbitais na direção de aumento de energia. Isso indica que antes de preencher os orbitais de maior energia, os elétrons preencherão primeiro os de menor energia. A tabela periódica pode ser usada para determinar os níveis de energia dos orbitais em ordem. Os rótulos dos orbitais são uma combinação de letras e números: a letra denota a forma orbital ou subcamada (s, p, d, f), e o número denota o número quântico principal (n), que define o nível de energia do orbital.
Princípio de exclusão de Pauli:
Não existem dois elétrons em um átomo que possam ter a mesma coleção de quatro números quânticos (n, l, ml e ms), de acordo com o princípio de exclusão de Pauli. O maior número de elétrons que cabem em cada orbital é dois, e eles devem ter spins opostos.
o que significa xdxd
Regra do cachorro:
De acordo com a regra de Hund, os elétrons habitarão primeiro orbitais separados com o mesmo spin ao preencherem orbitais degenerados (orbitais com a mesma energia). Conseqüentemente, os elétrons em orbitais degenerados tentarão constantemente maximizar seu spin total.
A ordem de preenchimento dos orbitais atômicos pode ser estabelecida usando estes princípios.
Os orbitais são preenchidos na seguinte ordem:
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- 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p e assim por diante
- Tomemos como exemplo a carga de carbono para demonstrar isso (número atômico 6). Seis elétrons estão presentes no carbono e ocuparão os orbitais acessíveis da maneira descrita acima.
- O orbital 1s será preenchido pelos dois primeiros elétrons. O orbital 2s será preenchido pelos próximos dois elétrons. Dois dos três possíveis orbitais 2p serão ocupados por um elétron cada um pelos dois elétrons restantes. O carbono agora tem a estrutura eletrônica 1s22s22 horas2.
Concluindo, o princípio de Aufbau, o princípio de exclusão de Pauli e a regra de Hund controlam como os orbitais atômicos são preenchidos. Cada elemento possui uma configuração diferente de elétrons como resultado dessas regras, que ajudam a determinar a ordem em que os elétrons ocupam os orbitais disponíveis.
Configuração Eletrônica dos Primeiros 30 Elementos, em Ordem Crescente do Número Atômico:
| Sim não | Elementos | Configuração eletronica |
|---|---|---|
| 1 | Hidrogênio | 1s1 |
| 2 | Hélio | 1s2 |
| 3 | Lítio | 1s22s1 |
| 4 | Berílio | 1s22s2 |
| 5 | Boro | 1s22s22 horas1 |
| 6 | Carbono | 1s22s22 horas2 |
| 7 | Azoto | 1s22s22 horas3 |
| 8 | Oxigênio | 1s22s22 horas4 |
| 9 | Flúor | 1s22s22 horas5 |
| 10 | Néon | 1s22s22 horas6 |
| onze | Sódio | 1s22s22 horas63s1 |
| 12 | Magnésio | 1s22s22 horas63s2 |
| 13 | Alumínio | 1s22s22 horas63s23h1 |
| 14 | Silício | 1s22s22 horas63s23h2 |
| quinze | Fósforo | 1s22s22 horas63s23h3 |
| 16 | Enxofre | 1s22s22 horas63s23h4 |
| 17 | Cloro | 1s22s22 horas63s23h5 |
| 18 | Argônio | 1s22s22 horas63s23h6 |
| 19 | Potássio | 1s22s22 horas63s23h64s1 |
| vinte | Cálcio | 1s22s22 horas63s23h64s2 |
| vinte e um | Escândio | 1s22s22 horas63s23h64s23D1 |
| 22 | Titânio | 1s22s22 horas63s23h64s23D2 |
| 23 | Vanádio | 1s22s22 horas63s23h64s23D3 |
| 24 | Cromo | 1s22s22 horas63s23h64s13D5 |
| 25 | Manganês | 1s22s22 horas63s23h64s23D5 |
| 26 | Ferro | 1s22s22 horas63s23h64s23D6 |
| 27 | Cobalto | 1s22s22 horas63s23h64s23D7 |
| 28 | Níquel | 1s22s22 horas63s23h64s23D8 |
| 29 | Cobre | 1s22s22 horas63s23h64s13D10 |
| 30 | zinco | 1s22s22 horas63s23h64s23D10 |
Aqui estão algumas das razões pelas quais a configuração eletrônica é essencial:
1. Reatividade Química
A reação química de um átomo é determinada pela sua configuração eletrônica. A configuração eletrônica é o que faz com que as reações entre os elementos resultem em compostos. A facilidade com que um átomo pode adquirir, perder ou compartilhar elétrons para formar ligações químicas com outros átomos depende do número e da disposição dos elétrons no nível de energia mais externo, conhecido como camada de valência. Por exemplo, para alcançar uma configuração estável, elementos com um ou dois elétrons na camada mais externa tendem a perder esses elétrons, enquanto elementos com cinco, seis ou sete elétrons na camada mais externa tendem a adquirir esses elétrons. Isso ajuda a prever os tipos de compostos que vários elementos podem criar.
2. Propriedades de ligação
Os tipos de ligações químicas que podem se desenvolver entre os átomos também são determinados pela sua configuração eletrônica. As ligações covalentes normalmente se formam entre átomos com configurações eletrônicas comparáveis, enquanto as ligações iônicas normalmente se formam entre átomos com configurações diferentes. A intensidade e estabilidade das ligações químicas criadas também são influenciadas pela configuração eletrônica. Por exemplo, os quatro elétrons de valência na configuração eletrônica do átomo de carbono permitem formar ligações covalentes estáveis com outros átomos de carbono, o que resulta na criação de uma ampla variedade de compostos orgânicos.
3. Propriedades Físicas
As características físicas de um elemento, como pontos de fusão e ebulição, densidade e condutividade, também são influenciadas por sua estrutura eletrônica. O número de elétrons e como eles estão dispostos na camada de valência decidem a força das interações dos átomos, o que afeta o comportamento físico de um elemento. Por exemplo, porque os seus electrões livres são facilmente capazes de se mover e conduzir electricidade, os metais têm elevada condutividade eléctrica e térmica.
4. Tendências Periódicas
A tabela periódica é organizada usando tendências periódicas porque se baseia na estrutura eletrônica dos átomos. Os padrões regulares de variação nas propriedades dos elementos da tabela periódica são chamados de tendências periódicas. Mudanças na configuração eletrônica dos átomos e seu impacto no tamanho, na reatividade e nas características de ligação dos elementos podem ser usadas para compreender essas tendências.
Resumindo, o conhecimento da configuração eletrônica de um átomo é necessário para compreender suas características moleculares e físicas. É essencial para prever o comportamento químico de um elemento e a capacidade de combinar-se com outros elementos para criar compostos. Compreender a configuração eletrônica também ajuda a explicar padrões periódicos e diferenças nas propriedades elementares da tabela periódica.