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3.2. ORBITAIS E NÚMEROS QUÂNTICOS3.3. CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS
Escola Secundária Maria Lamas – Torres NovasFísica e Química A – 10º AnoNelson Alves Correia
UNIDADE 1 - DAS ESTRELAS AO ÁTOMO
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OBJECTIVOS Referir os contributos de vários cientistas e das suas
propostas de modelo atómico, para a criação do modelo atómico actual;
Descrever o modelo quântico do átomo em termos de números quânticos (n, l, ml e ms), orbitais e níveis de energia;
Escrever as configurações electrónicas dos átomosdos elementos (Z ≤ 23), atendendo ao Princípio daEnergia Mínima, ao Princípio de Exclusão de Pauli,e à Regra de Hund.
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CONTEÚDOS Modelos Atómicos Números Quânticos Orbitais Configurações Electrónicas Espectroscopia Fotoelectrónica
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MODELOS ATÓMICOS Dalton (séc. XIX) – 0s átomos eram indivisíveis
(não tinham outras partículas no seu interior).
Thomson – Descobriu o electrão em 1897.O átomo era uma esfera com carga positiva e com electrões (com carga negativa) no seu interior, espalhados como passas num bolo.
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MODELOS ATÓMICOS Rutherford – O átomo era constituído por um núcleo,
com protões com carga positiva, e por electrões que se moviam à volta do núcleo, como um planeta à volta do Sol (modelo planetário). A maior parte do átomo era espaço vazio.
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MODELOS ATÓMICOS Bohr – O núcleo do átomo era constituído por protões e
neutrões. Os electrões encontravam-se à volta do núcleo, em órbitas bem definidas, com certos níveis de energia (quantificação da energia dos electrões).
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MODELOS ATÓMICOS Heisenberg – A posição e a energia do electrão
não podem ser conhecidas, ao mesmo tempo,com exactidão (Princípio da Incerteza de Heisenberg).
Schrödinger – A posição e a energia do electrão sãocalculadas por uma equação matemática ( equação de onda).
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MODELOS ATÓMICOS Modelo da nuvem electrónica ou modelo quântico:
É o modelo actual do átomo;É um modelo matemático, baseado na Mecânica Quântica;Os electrões encontram-se à volta do núcleo, em orbitais,
com certos níveis de energia, mas sem uma posição exacta(sem uma trajectória definida - um electrão pode estar mais perto do núcleo ou mais afastado);
Uma orbital é uma região do espaço onde o electrão,com uma certa energia, tem probabilidade de se encontrar. Representa-se por um conjunto de pontos que formam uma nuvem à volta do núcleo.
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MODELOS ATÓMICOS
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MODELOS ATÓMICOS Quando se descobrem novos factos científicos que não
podem ser explicados por um modelo ou teoria, estes têmde ser alterados.
Assim aconteceu com o modelo atómico de Bohr e assim poderá acontecer com o modelo atómico actual.
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NÚMEROS QUÂNTICOS As orbitais atómicas são identificadas por três
números quânticos:n – número quântico principal;l – número quântico de momento angular, secundário
ou azimutal;ml – número quântico magnético.
O electrão possui um movimento de rotação que é identificado pelo número quântico de spin (ms).
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NÚMEROS QUÂNTICOS O número quântico principal (n) indica a energia e o tamanho
da orbital (distância média do electrão ao núcleo).
Só pode ter valores inteiros: n = 1, n = 2, n = 3…
Quando o valor de n é maior, a energia e o tamanhoda orbital serão maiores.
Orbitais com o mesmo valor de n pertencem ao mesmonível de energia.
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NÚMEROS QUÂNTICOS O número quântico de momento angular (l) indica a forma
da orbital (tipo de orbital):
Só pode ter valores inteiros entre 0 e n - 1: Se n = 1, então l = 0; Se n = 2, então pode ser l = 0 ou l = 1; Se n = 3, então pode ser l = 0, l = 1 ou l = 2.
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NÚMEROS QUÂNTICOS O número quântico magnético (ml) indica a orientação
da orbital no espaço. As orbitais podem estar orientadassegundo os eixos x, y ou z (ex: px, py ou pz).
Só pode ter valores inteiros entre – l e + l :Se l = 0, então ml = 0;Se l = 1, então pode ser ml = -1, ml = 0 ou ml = +1
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Para cada n há n2 orbitais.
NÚMEROS QUÂNTICOS
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NÚMEROS QUÂNTICOS Quando os átomos de hidrogénio, atravessam um
campo magnético provocado por um íman, desviam-se em sentidos opostos. Isto acontece porque os electrões têm um movimento de rotação e comportam-se como ímanes.
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NÚMEROS QUÂNTICOS O número quântico de spin (ms) indica o sentido do
movimento de rotação do electrão (no sentido dos ponteiros do relógio ou no sentido contrário) e explica o facto dos electrões se comportarem como pequenos ímanes.
Só pode ter os valores ms = +1/2 ou ms = -1/2
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NÚMEROS QUÂNTICOS Para identificar uma orbital são necessários três números
quânticos (n, l e ml).
Para identificar um electrão no átomo são necessáriosquatro números quânticos (n, l, ml e ms).
A orbital 3s é identificada por três números quânticos:n = 3, l = 0 e ml = 0 ou (3, 0, 0).
Os electrões que se podem encontrar numa orbital 3ssão identificados por quatro números quânticos:n = 3, l = 0, ml = 0 e ms = +1/2 ou (3, 0, 0, +1/2);n = 3, l = 0, ml = 0 e ms = -1/2 ou (3, 0, 0, -1/2).
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NÚMEROS QUÂNTICOS Diagrama de caixas – Representação duma orbital com 2
electrões:
A seta para cima representa ms = +1/2 e a seta para baixo representa o ms = -1/2
Uma orbital 3s com dois electrões representa-se por 3s2.
Cada orbital só pode ter, no máximo, 2 electrões.
Para cada n há n2 orbitais e, no máximo, 2n2 electrões.
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ORBITAIS As orbitais s têm uma forma esférica.
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ORBITAIS As orbitais p têm uma forma de dois lóbulos simétricos,
orientados segundo cada um dos eixos x, y ou z.
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ORBITAIS A energia das orbitais é maior quando n é maior. Em átomos monoelectrónicos (só com um electrão),
as orbitais com o mesmo valor de n têm a mesma energia.
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ORBITAIS Em átomos polielectrónicos, as orbitais com o mesmo valor
de n e com maior valor de l têm mais energia (ex: E2p > E2s).
As orbitais com o mesmo valor de n e de l (ex: 2px, 2py e 2pz) têm a mesma energia.
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ORBITAIS O tamanho e a energia do mesmo tipo de orbital são
diferentes quando os átomos são diferentes.
Por exemplo, a orbital 1s do potássio (19K) é menor e temmenos energia do que a orbital 1s do sódio (11Na).Isto acontece porque o núcleo do potássio tem mais protõese atrai mais os electrões (ficam mais perto do núcleo e a sua energia é menor).
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CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Configuração electrónica – Maneira como os electrões se
distribuem nas orbitais.
Princípio da Energia Mínima – Os electrões estão distribuídos nas orbitais de menor energia, de modo a que a energia do átomo seja mínima (o átomo está no estado fundamentale é mais estável).
Se os átomos estiverem excitados, têm electrões que estão em níveis de energia superiores, quando podiam estar em orbitais com menor energia.
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CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Princípio de Exclusão de Pauli – Numa orbital só podem
existir, no máximo, dois electrões com spins opostos(não pode existir mais do que um electrão com os mesmos números quânticos) .
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CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Diagramas de caixas:
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CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Regra de Hund – Nas orbitais com a mesma energia
(ex: 2px, 2py e 2pz ), coloca-se primeiro um electrão em cada orbital (electrão desemparelhado), de modo a ficarem como mesmo spin, e só depois se completam as orbitais com um electrão de spin oposto.
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CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Diagrama de Linus Pauling – Diagrama de preenchimento
das orbitais, que facilita a escrita das configurações electrónicas dos átomos, de acordo com o Princípio da Energia Mínima.
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CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Configurações electrónicas de átomos no estado fundamental
(os electrões estão todos nas orbitais de menor energia):
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CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Cerne – Conjunto do núcleo com os electrões mais internos. Os electrões do cerne de um elemento representam-se
através da configuração electrónica do gás nobre que é anterior a esse elemento.
Neste tipo de representação, aparecem apenas asorbitais de valência (orbitais do último nível que têm mais energia), com os respectivos electrões de valência, e as orbitais d dos elementos de transição.
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CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS Configurações electrónicas de átomos no estado excitado
(existem electrões em orbitais de maior energia, comlugares livres em orbitais de energia inferior):1s2 2s2 2p6 3s1 3p1
1s2 2s2 2p3 3s1
1s2 2s2 2p6 4s1
![Page 33: 3.2. ORBITAIS E NÚMEROS QUÂNTICOS 3.3. CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081507/56816752550346895ddc02de/html5/thumbnails/33.jpg)
![Page 34: 3.2. ORBITAIS E NÚMEROS QUÂNTICOS 3.3. CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081507/56816752550346895ddc02de/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: 3.2. ORBITAIS E NÚMEROS QUÂNTICOS 3.3. CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081507/56816752550346895ddc02de/html5/thumbnails/35.jpg)
BIBLIOGRAFIA Dantas, M., & Ramalho, M. (2008). Jogo de Partículas A -
Física e Química A - Química - Bloco 1 - 10º/11º Ano. Lisboa: Texto Editores.