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95Capítulo 4 • A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Devido à dificuldade de se prever a posição exata de um elétron na eletrosfera, o cientista Erwin
Schrödinger (1926) foi levado a calcular a região onde haveria maior probabilidade de se encontrar o
elétron. Essa região do espaço foi denominada orbital.
Orbital é a região do espaço ao redor do núcleo onde é máxima a probalidade de
encontrar um determinado elétron.
Façamos uma comparação grosseira:
Tomando como exemplo o átomo de hidrogênio, que possui um único elétron, teremos:
Quando um avião está com os motores parados, nós
vemos as pás das hélices em posições fixas e bem
definidas.
Quando os motores estão funcionando, vemos círculos
dentro dos quais teremos, em qualquer posição, a
probabilidade de “topar” com uma pá da hélice. Esses
círculos podem ser chamados de “orbitais” das pás das
hélices.
Segundo o modelo de orbitais, o elétron é uma
partícula-onda que se desloca no espaço, mas estará
com maior probabilidade dentro de uma esfera (orbital)
concêntrica ao núcleo. Devido à sua velocidade, o
elétron fica dentro do orbital, assemelhando-se a uma
nuvem eletrônica.
Segundo o modelo atômico de Rutherford-Bohr, o elétron
seria uma pequena partícula girando em alta velocidade
em uma órbita circular.
PODE-SE VER O ÁTOMO?
Não se pode ver um átomo isolado exatamente como foi descrito
nos vários modelos que acabamos de abordar. No entanto, podem-
se ver manchas coloridas, na tela de um computador, dando a loca-
lização dos átomos num dado material. Essas manchas são obtidas
através do chamado microscópio de tunelamento em uma técnica
criada na década de 1980.
Não se esqueça, porém, de que a ciência sempre procura dar um
passo à frente. De fato, em meados de 2003, foi anunciada a descober-
ta de um processo para detectar as nuvens eletrônicas do átomo de
silício. Um pulso de raios X muito rápido (da ordem de 10#18 segundos)
arranca elétrons dos átomos e um segundo pulso de raios X “fotogra-
fa” a reposição desses elétrons, medindo a energia eletromagnética
que é liberada. O fenômeno é analisado por supercomputadores, que
criam uma imagem colorida da nuvem eletrônica.
P
H
IL
IP
P
E
P
LA
IL
LY
/ S
P
L-
S
TO
C
K
P
H
O
TO
S
Imagem de átomos de ouro (em
amarelo e vermelho) sobre uma base
de átomos de grafite (em verde), vistos
ao microscópio de tunelamento.
Aumento: 28 milhões de vezes.
Capitulo 04-QF1-PNLEM 6/7/05, 14:3295
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7 OS ESTADOS ENERGÉTICOS DOS ELÉTRONS
Devido às dificuldades expostas no item anterior, os cientistas preferem, atualmente, identificar os
elétrons por seu conteúdo de energia.
Por meio de cálculos matemáticos, chegou-se à conclusão de que os elétrons se dispõem ao redor
do núcleo atômico, de acordo com o diagrama energético abaixo:
Esse diagrama nos fornece alguns dados importantes, como veremos a seguir.
7.1. Níveis energéticos
São as sete “escadas” que aparecem no diagrama anterior e onde os elétrons têm um conteúdo
de energia crescente. Esses níveis correspondem às sete camadas (K, L, M, N, O, P e Q) do modelo de
Rutherford-Bohr. Atualmente, eles são identificados pelo chamado número quântico principal (n), que
é um número inteiro, variando de 1 a 7.
7.2. Subníveis energéticos
São os “degraus” de cada escada existente no diagrama anterior. De cada degrau para o seguinte
há, também, aumento no conteúdo de energia dos elétrons. Esses subníveis são identificados pelo
chamado número quântico secundário ou azimutal (l), que assume os valores 0, 1, 2 e 3, mas que é
habitualmente designado pelas letras s, p, d, f, respectivamente.
Note que, no diagrama anterior, nós já escrevemos um “endereço” sobre cada degrau. Assim, por
exemplo, se for mencionada a posição 3p, devemos saber que se trata do segundo degrau da terceira
escada, no tocante ao nível de energia.
7.3. Orbitais
Completando o modelo atual da eletrosfera, devemos acrescentar que cada subnível comporta
um número diferente de orbitais, de acordo com o diagrama energético mais completo que mostra-
mos a seguir:
Núcleo
(Q) n = 7
(P) n = 6
(O) n = 5
(N ) n = 4
(M) n = 3
(L) n = 2
7s
(K ) n = 1
6s
5s
4s
3s
2s
1s
6p
5p
4p
3p
2p
6d
5d
4d
3d
5f
4f
l = 0
A
um
en
to
de
en
er
gi
a
Energia
l = 1 l = 2 l = 3
Números
quânticos
principais (n)
s p d f
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97Capítulo 4 • A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Nesse diagrama, cada orbital é representado simbolicamente por um quadradinho. Vemos que os
subníveis (“degraus”) s, p, d, f, contêm sucessivamente 1, 3, 5, 7 (seqüência de números ímpares)
orbitais. Os orbitais são identificados pelo chamado número quântico magnético (Ml ou m). Num
dado subnível, o orbital central tem o número quântico magnético igual a zero; os orbitais da direita
têm m % "1, "2, "3; os da esquerda têm m % #1, #2, #3, como está exemplificado abaixo:
7.4. Spin
Finalmente, cálculos matemáticos provaram que um orbital comporta no máximo dois elétrons.
No entanto, surge uma dúvida: se os elétrons são negativos, por que não se repelem e se afastam?
A explicação é a seguinte: os elétrons podem girar no mesmo sentido ou em sentidos opostos, criando
campos magnéticos que os repelem ou os atraem. Essa rotação é conhecida como spin (do inglês to
spin, girar):
Núcleo
7s
A
um
en
to
de
en
er
gi
a
Energia
5f
6d
6p
5d
4f
6s
5p
4d
5s
4p
3d
4s
3p
3s
2p
2s
1s
0
0
0
0
0
0
0
–2 –1 0 +1 +2
–2 –1 0 +1 +2
–2 –1 0 +1 +2
–1 0 +1
–1 0 +1
–1 0 +1
–2 –1 0 +1 +2–3 +3
–2 –1 0 +1 +2–3 +3
–1 0 +1
–2 –1 0 +1 +2
Spins paralelos (repulsão) Spins opostos ou antiparalelos (atração)
#3 #2 #1 0 "1 "2 "3
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Daí a afirmação, conhecida como princípio da exclusão de Pauli:
Um orbital comporta no máximo dois elétrons, com spins contrários.
Desse modo, a atração magnética entre os dois elétrons contrabalança a repulsão elétrica entre eles.
O spin é identificado pelo chamado número quântico de spin (Ms ou s), cujos valores são # "
1
2
e 1
2
.
Normalmente, a representação dos elétrons nos orbitais é feita por meio de uma seta:
representa, por convenção, um elétron com spin negativo s 1
2
% #
representa, por convenção, um elétron com spin positivo s 1
2
% "
7.5. A identificação dos elétrons
Resumindo, podemos dizer que cada elétron da eletrosfera é identificado por seus quatro números
quânticos:
• o número quântico principal: n • o número quântico magnético: m ou Ml
• o número quântico secundário: l • o número quântico do spin: s ou Ms
Por exemplo, os dois elétrons do elemento hélio têm os seguintes números quânticos:
Neste diagrama, o elétron que está assinalado ( ) tem os seguintes números quânticos:
n % 3; l % 1; m % #1; s 1
2
% #
Esse elétron será representado simbolicamente por:
–1 0 +1
(M) n = 3
(L) n = 2
(K) n = 1
l = 1
(p)
l = 0
(s)
1o elétron: n % 1, l % 0, m % 0, s 1
2
% #
2o elétron: n % 1, l % 0, m % 0, s 1
2
% "
K (n % 1)
s (l % 0)
1o- 2o-
Como segundo exemplo, observe o diagrama parcial abaixo:
Indica o número quântico secundário
Indica o número
quântico principal
Indica a quantidade de elétrons existente nesse subnível
3p1
Por analogia, podemos dizer que um elétron é localizado por seus quatro números quânticos, da
mesma maneira que uma pessoa é localizada por seu endereço — nome da rua, número do prédio,
andar e número do apartamento. Assim, podemos enunciar o princípio da exclusão de Pauli:
Num átomo, não existem dois elétrons com os quatro números quânticos iguais.
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99Capítulo 4 • A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
No preenchimento dos orbitais, outra regra importante é a chamada regra de Hund ou da máxi-
ma multiplicidade, que diz:
Em um mesmo subnível, de início, todos os orbitais devem receber seu primeiro elé-
tron, e só depois cada orbital irá receber seu segundo elétron.
Assim, a ordem de entrada dos seis elétrons num orbital do tipo p será:
1o- elétron
2o- elétron
3o- elétron
4o- elétron
5o- elétron
6o- elétron
Por fim, é importante não confundir:
• elétron mais afastado do núcleo (ou elétron de valência) é aquele com maior valor do número
quântico principal (n);
• elétron mais energético é aquele situado no nível (n) ou subnível (l) de maior energia, o que é
dado pela soma n " l.
Por exemplo, na distribuição eletrônica do átomo de escândio, temos:
A
um
en
to
de
en
er
gi
a
3d
4s
3p
3s
2p
2s
1s
l % 0 l % 1 l % 2
Elétrons mais
afastados (n % 4)
Elétron mais
energético
(n " l % 3 " 2 % 5)
a) Segundo De Broglie, qual o comportamento do elétron?
b) Qual é o princípio de Heisenberg?
c) O que é orbital?
d) Ao que correspondem os níveis energéticos no modelo de Rutherford-Bohr?
e) O que são subníveis energéticos?
f) O que é spin?
g) Como um elétron pode ser identificado em um átomo?
h) Qual é o elétron mais afastado do núcleo (ou elétron de valência)?
i) Qual é o elétron mais energético?
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