Orbital f e Metais de Transição Interna

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Orbital Atômico f e Metais de Transição Interna
Gilmar Vieira Duarte
Profª. Leliz Ticona Arena
Porto Alegre, Setembro de 2018.
Orbitais Atômicos 
Orbital atômico é uma função de onda que descreve a região espacial ao redor do núcleo atômico com probabilidade de se encontrar elétrons. Cada orbital pode ser definido a partir de um conjunto de três variáveis conhecidas como números quânticos que determinam o tamanho, forma e direção do orbital no plano tridimensional e são conhecidos como Número Quântico Principal (n), Número Quântico Azimutal (l) e Número Quântico Magnético (ml).
O número Quântico Principal representa o tamanho do orbital, quanto maior o valor de n maior será o orbital e, portanto, mais energético. O número Quântico Azimutal determina a forma espacial do orbital atômico e seu valor numérico deve sempre ser expresso como um inteiro de valor n-1, onde n é o número quântico principal. Até o momento, todos os átomos presentes na tabela periódica apresentam l= 0, 1, 2 ou 3 e são conhecidos como orbitais s, p, d e f respectivamente. A forma dos orbitais é apresentada abaixo:
 Por fim, o Número Quântico Magnético irá indicar a direção do vetor direção do orbital atômico no espaço. Vale salientar que todas as componentes dos números quânticos principais são soluções próprias do hamiltoniano da função de onda de Schroedinger e seguem o principio da incerteza também proposto por Erwin Schroedinger, logo informam regiões com máxima probabilidade de se encontrar elétrons e não a posição desses no espaço.
Orbital f:
Até o momento, existe um total de 118 elementos químicos reconhecidos pela IUPAC. Porem, o subnível f começara a ser preenchido somente a partir do sexto período da tabela periódica e somente os elementos da série dos Lantanídeos (Ln) e Actinídeos (An) apresentarão esse orbital no seu nível de valência. 
n = 4 ou maior – uma vez que esse subnível começa a ser preenchido no quarto período;
l = 3 – número quântico azimutal correspondente ao subnível f;
ml = {-3,-2,-1,0,+1,+2,+3} direções dos orbitais f
E a distribuição eletrônica no nível de valência para actinídeos será:
Lantânio (La): 4f0, 5d1, 6s2
Cério (Ce): 4f1, 5d1, 6s2
...
Lutécio (Lu): 4f14, 5d1, 6s2 ​​ (até completar o subnivel f)
Conforme ocorre o preenchimento do orbital f esse gera, nos actinídeos, um efeito de contração no raio atômico. Ou seja, quanto mais preenchido for o subnível f, menor será o raio atômico da espécie. Por exemplo o raio atômico do cério é da ordem de 102 pm enquanto o do lutécio da ordem de 86,1pm. Isso é devido a pouca blindagem eletrostática fornecida pelos elétrons 4f permitindo que o núcleo atômico atraia de forma mais efetiva os elétrons do subnivel 6s
3. Metais de Transição Interna – Bloco f:
O bloco f da tabela periódica é constituído de duas séries, os lantanídeos (os catorze elementos depois do Lantânio - 57​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​La138) e os actinídeos (os catorze elementos depois do Actíneo - 89​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​Ac227). 
Os lantanídeos se assemelham mais uns aos outros do que os membros de elementos de transição comuns em qualquer série. Eles têm apenas um estado de oxidação estável - +2 para o lantanio e a partir do cério +3. A química dos actinóides é por outro lado, mais complicado devido a grande variação de estados de oxidação – variando de +2 a +4 – além de apresentarem radioatividade o que dificulta seus estudos. 
Lantanídeos são metais brancos prateados e mancham rapidamente no ar. Sua dureza aumenta com o aumento do número atômico, sendo o samário duro como aço. Seus pontos de fusão variam entre 1000 e 1200 K, com exceção do que Samário funde a 1623 K. Possuem boa condutividade térmica e elétrica.A forma catiônica dos lantanídeos apresentam coloração intensa no estado solido e em solução (com exceção do La+3 e do Lu+3). Todos os elementos dessa família são paramagnéticos, há um efeito mais acentuado disso no neodímio. Ainda podem realizar diversas reações químicas (fig5-6.) o que torna essa família de elementos muito versátil para síntese orgânica e inorgânica e catálise.
4. Referências:
http://ncert.nic.in/ncerts/l/lech108.pdf
Inorganic Chemistry, 4th edition by Catherine Housecroft, Alan G. Sharpe 
Lanthanides and Actinide Chemistry, 2th edition by Simon Cotton
https://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbital
Fig 4: Orbital f, l = 3
Fig 1: Orbital s, l = 0
Fig 2: Orbital p, l = 1
Fig 3: Orbital d, l = 2
Fig 5. Síntese inorgânica com Lantanideos
Fig 6. Reação Multicomponente de Biggineli catalizada por CeCl�3
Lantanídeos
Actinídeos
O subnível f apresenta um total de sete orbitais, com formas demonstrado na fig4., e pode acomodar um total de quatorze elétrons conforme a teoria de exclusão de Pauli – dois elétrons por orbital. 
Para elementos que contem esses orbitais teremos os números quânticos dados por:
_2147483647.cdx