Aula_2_- parte 2-2013- o átomo e o mundo quantico

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Os Números Quânticos – Formatos dos Orbitais p 
l = 1 (orbital p) 
Quando l = 1, existe um plano 
NODAL que passa pelo núcleo. 
Plano Nodal:  passa pelo zero 
• Existem três orbitais p, px, py, e 
pz. 
• Os três orbitais p localizam-se 
ao longo dos eixos x-, y- e z- de 
um sistema cartesiano. 
• As letras correspondem aos 
valores permitidos de ml, -1, 0, 
e +1. 
• Os orbitais têm a forma de 
halteres. 
• À medida que n aumenta, os 
orbitais p ficam maiores. 
• Todos os orbitais p têm um nó 
no núcleo 
Os Números Quânticos – Formatos dos Orbitais d 
l = 2 (orbital d) 
Quando l = 2, existem dois planos NODAIS 
que passam pelo núcleo 
• Existem cinco orbitais d 
• Três dos orbitais d encontram-se em um plano bissecante aos eixos x-, y- e z. 
• Dois dos orbitais d se encontram em um plano alinhado ao longo dos eixos x-, 
y- e z. 
• Quatro dos orbitais d têm quatro lóbulos cada. 
• Um orbital d tem dois lóbulos e um anel. 
Os Números Quânticos – Formatos dos Orbitais f 
l = 3 (orbital f) 
3 - O número quântico magnético, ml. 
 Esse número quântico depende de l. O número quântico 
magnético tem valores inteiros entre -l e +l. Fornecem a 
orientação do orbital no espaço. 
Os Números Quânticos 
Existem 2l+1 valores diferentes de ml para cada valor de l 
e, portanto, 2l+1 orbitais em uma subcamada de número 
quântico l. 
Ex: l = 1 – ml = +1, 0, -1 
 l = 2 – ml = +2, +1, 0, -1, -2 
Orbitais e Números Quânticos 
Os Números Quânticos 
4 - O número quântico de spin, ms. 
 Experimentos mostraram que as linhas espectrais do H e 
outros elementos se desdobravam quando submetidos a um campo 
magnético. O elétron se comportava como se tivesse uma rotação 
(spin) própria em torno do seu eixo 
ms = -½ ms = +½ 
Paramagnetismo e Diamagnetismo 
Paramagnético 
Elétrons desemparelhados 
2p 
Diamagnético 
Todos elétrons emparelhados 
2p 
•Sal de cozinha, giz, 
tecidos – são 
repelidos pela 
aproximação de um 
imã: Diamagnéticos 
•Metais – são 
atraídos pela 
aproximação de um 
imã: 
Paramagnéticos 
Os Números Quânticos - Resumo 
A Energia dos Orbitais 
• Um orbital pode ser ocupado por no máximo 2 elétrons 
 
• Pelo princípio da exclusão de Pauli: dois elétrons não podem ter a 
mesma série de 4 números quânticos. Portanto, dois elétrons no 
mesmo orbital devem ter spins opostos. 
 
• De acordo com as regras de Hund: 
 - Os orbitais são preenchidos em ordem crescente de n. 
 - Dois elétrons com o mesmo spin não podem ocupar o mesmo 
orbital (Pauli). 
 - Para os orbitais degenerados (de mesma energia), os elétrons 
preenchem cada orbital isoladamente antes de qualquer orbital 
receber um segundo elétron (regra de Hund). 
A Energia dos Orbitais em um Átomo Monoeletrônico 
Energia depende apenas do número quântico n 
En = -RH ( ) 
1 
n2 
n=1 
n=2 
n=3 
SINAL NEGATIVO: 
significa que a energia do elétron 
em um átomo é MENOR que a 
energia do elétron livre 
A Energia dos Orbitais em um Átomo Polieletrônico 
Energia depende de n e l 
n=1 l = 0 
n=2 l = 0 
n=2 l = 1 
n=3 l = 0 
n=3 l = 1 
n=3 l = 2 
A Energia dos Orbitais em um Átomo Polieletrônico 
A que se deve essa ordem de energia dos 
orbitais em átomos polieletrônicos? 
1 - Efeito de penetração dos orbitais: 
s > p > d > f ....... 
Quanto maior a 
probabilidade de 
encontrar o elétron 
perto do núcleo, mais 
ele é atraído pelo 
núcleo, maior o poder 
de penetração do 
orbital 
2 - Efeito de blindagem: elétrons mais 
internos blindam os elétrons mais 
externos da atração pelo núcleo 
Quanto maior o poder de penetração do 
orbital, os seus elétrons exercem maior 
blindagem sobre os elétrons mais externos 
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s 
Ordem de Preenchimento dos Orbitais 
Diagrama de Pauli (Aufbau) 
Notação da Configuração Eletrônica 
Notação spdf - espectroscópica 
Ex: H, Z = 1 
Valor de n 
no. de elétrons 
Valor de l 
1 
1 s 
Notação em caixa 
Ex: He, Z = 2 
1s 
Direção das 
setas indicam 
a orientação 
do spin dos 
elétrons Configuração eletrônica: 
 
• descreve o arranjo dos elétrons em um átomo 
• o arranjo do estado fundamental é aquele que 
apresenta a menor energia possível 
• o arranjo de menor energia é o mais estável 
Configuração Eletrônica na Tabela Periódica 
Lítio - Li 
Grupo 1A 
Z = 3 
1s22s1 ---> 3 elétrons 
1s
2s
3s
3p
2p
Berílio - Be 
Grupo 2A 
Z = 4 
1s22s2 ---> 4 elétrons 
1s
2s
3s
3p
2p
Boro -B 
Grupo 3A 
Z = 5 
1s2 2s2 2p1 ---> 5 elétrons 
1s
2s
3s
3p
2p
Carbono -C 
Grupo 4A 
Z = 6 
1s2 2s2 2p2 ---> 6 elétrons 
Por quê não emparelhar o 
elétron? 
Regra de HUND 
1s
2s
3s
3p
2p
Nitrogênio - N 
Grupo 5A 
Z = 7 
1s2 2s2 2p3 ---> 7 elétrons 
1s
2s
3s
3p
2p
Oxigênio -O 
Grupo 6A 
Z = 8 
1s2 2s2 2p4 ---> 8 elétrons 
1s
2s
3s
3p
2p
Fluor - F 
Grupo 7A 
Z = 9 
1s2 2s2 2p5 ---> 9 elétrons 
1s
2s
3s
3p
2p
Neônio - Ne 
Grupo 8A 
Z = 10 
1s2 2s2 2p6 ---> 10 elétrons 
1s
2s
3s
3p
2p
Chegamos no final do 
segundo período!!!!! 
Sódio - Na 
Grupo 1A 
Z = 11 
1s2 2s2 2p6 3s1 or 
 “elétrons internos do Ne” + 3s1 
[Ne] 3s1 (notação de gás nobre) 
Iniciou-se um novo período 
Todos os elementos do grupo 1A tem a configuração [elétrons 
internos] ns1. 
Elétrons de valência 
Alumínio - Al 
Grupo 3A 
Z = 13 
1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 
[Ne] 3s2 3p1 
 
1s
2s
3s
3p
2p
Elétrons de valência 
Fósforo - P 
Grupo 5A 
Z = 15 
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 
[Ne] 3s2 3p3 
1s
2s
3s
3p
2p
Formação de Cátions e Ânions – Elementos Representativos 
Na [Ne]3s1 Na+ [Ne] 
Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar] 
Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne] 
Átomo perde elétrons de 
modo que o cátion venha a 
ter uma configuração 
eletrônica de gás nobre. 
H 1s1 H- 1s2 ou [He] 
F 1s22s22p5 F- 1s22s22p6 ou [Ne] 
O 1s22s22p4 O2- 1s22s22p6 ou [Ne] 
N 1s22s22p3 N3- 1s22s22p6 ou [Ne] 
Átomo ganha elétrons 
de modo que o ânion 
venha a ter 
configuração de gás 
nobre 
Metais de transição 
Todos os elementos do 4º período tem configuração [Ar]nsx(n - 1)dy e, portanto, 
são elementos do bloco d. 
Orbitais 3d usados do Sc-Zn 
Distribuição Eletrônica para Metais de Transição 
Z=21 - [Ar] 4s2 3d1 -------Sc 
Z=22 - [Ar] 4s2 3d2 -------Ti 
Z=23 - [Ar] 4s2 3d3 --------V 
Z=24 - [Ar] 4s1 3d5 --------Cr 
Z=25 - [Ar] 4s2 3d5 -------Mn 
Z=26 - [Ar] 4s2 3d6 --------Fe 
Z=27 - [Ar] 4s2 3d7 --------Co 
Z=28 - [Ar] 4s2 3d8 --------Ni 
Z=29 - [Ar] 4s1 3d10 -------Cu 
Z=30 - [Ar] 4s2 3d10 -------Zn 
Por quê o orbital 4s é 
preenchido antes do 3d? 
O orbital s é mais penetrante e, 
conseqüentemente, os elétrons sentem 
menos a presença dos outros. Por estar 
mais próximo ao núcleo, a energia é mais 
baixa (mais negativa), fazendo com que 
um elétron 4s tenha energia menor do que 
um 3d. 
Por quê o orbital 4s do Cr e 
Cu é semi-preenchido ? 
Distribuição Eletrônica para Metais de Transição 
 A resposta à esta questão está na estabilidade 
extra que uma camada cheia (ou semi-cheia) proporciona. 
Camada semi-cheia d5 
Camada cheia d10 
Ocupação 
simétrica 
Estabilidade extra 
Por essa razão, o elétron ocupa os orbitais d vazios, gerando uma 
 camada semi-cheia (ou cheia) e, assim, ganha estabilidade extra 
devido a diminuição de energia.O emparelhamento de elétrons em um 
mesmo orbital envolve repulsão a qual 
aumenta a energia do orbital. 
 Na formação de cátions, inicialmente são removidos elétrons da 
camada ns e depois elétrons da camada(n - 1). 
Ex: Fe [Ar] 4s2 3d6 
 perde inicialmente 2 elétrons ---> Fe2+ [Ar] 4s0 3d6 
 
Distribuição Eletrônica para Metais de Transição 
4s
3d 3d
4s
Fe Fe2+
3d
4s
Fe3+
Orbitais 4f usados 
para Ce - Lu e 5f para 
Th - Lr 
Distribuição Eletrônica para Lantanídeos 
Todos estes elementos tem configuração [elétrons internos]nsx(n - 1)dy(n - 
2)fz e são chamados de elementos do bloco f 
Configuração Eletrônicas dos Elementos 
Exercício 
 (a) Faça a distribuição eletrônica para o estado fundamental dos 
átomos dos elementos do bloco d mostrados abaixo. Considere para 
esses elementos o cerne de gás nobre: Ar (Z= 18): [Ar] = 1s2 2s2 2p6 3s2 
3p6 
 
 Cr, Mn, Ni, Cu, Zn 
 Z = 24, 25, 28, 29, 30 
 
 (b) Com base na configuração eletrônica feita, quais são os 
estados de oxidação esperados para cada um desses metais? Justifique. 
 
Exercício 
Z=24 - [Ar] 4s1 3d5 --------Cr 
Z=25 - [Ar] 4s2 3d5 --------Mn 
Z=28 - [Ar] 4s2 3d8 --------Ni 
Z=29 - [Ar] 4s1 3d10 -------Cu 
Z=30 - [Ar] 4s2 3d10 -------Zn 3d 
4s