Modelo orbital e a distribuição eletrônica

A distribuição eletrônica, segundo o modelo orbital, permitirá conhecer a distância do elétron ao núcleo, o tipo de orbital que ocupa, a orientação espacial do orbital e o sentido de rotação do elétron. Para isso necessitamos, também, recorrer a algumas regras.

Um orbital pode conter no máximo dois elétrons. Dessa forma o subnível s pode abrigar no máximo dois elétrons, o subnível p (três orbitais) 6 elétrons, o subnível d (cinco orbitais) 10 elétrons  e o subnível f (sete orbitais) 14 elétrons.

Princípio da exclusão de Pauli: “Num mesmo átomo não podem existir dois elétrons com o mesmo conjunto de números quânticos”. 

Isso significa que os elétrons de um mesmo orbital devem apresentar spins contrários. Um elétron gira no sentido horário e outro no sentido anti-horário.

Os elétrons tendem a ocupar os orbitais de menor energia potencial em relação ao núcleo. 

Os orbitais mais energéticos só serão preenchidos quando os menos energéticos estiverem completos.

Orbitais de um mesmo subnível apresentam energia igual.

A ordem de preenchimento dos orbitais é dada pelo diagrama de Pauling. 

O sentido das setas indica valores de energia crescente e a ordem de preenchimento dos orbitais.

Regra da máxima multiplicidade de Hund: “Ao preencher os subníveis p, d e f, deve-se primeiro colocar os elétrons em orbitais vazios e com spins paralelos (mesmo sentido de rotação). Somente após o semipreenchimento de todos orbitais é que o segundo elétron deve ser adicionado”.

Cada orbital será representado por □ e os números quânticos magnéticos de cada orbital são:

O spin será representado por uma seta vertical. O spin -1/2 será representado por ↑ e o spin +1/2 por ↓.

O número de elétrons presentes num subnível deve ser indicado acima e a direita da letra. A notação 3p5 indica a presença de 5 elétrons no subnível p situado no terceiro nível de energia.

Fonte: SILVA, Eduardo Roberto da & HASHIMOTO, Ruth R. Cursos Práticos Nova Cultural – Vestibular. Química.

Os números quânticos

A descrição de um elétron como tendo tanto propriedades de partículas como de onda eletromagnética é feita a partir de uma complexa equação matemática. A resolução dessa equação fornece os parâmetros necessários para caracterizar um orbital num átomo. 

Esses parâmetros são chamados números quânticos. Cada orbital é caracterizado por três números quânticos: o número quântico principal, o número quântico secundário e o número quântico magnético. Um elétron é caracterizado por quatro números quânticos: os três que identificam um orbital e mais o número quântico de spin.

Número quântico principal (n)

Indica a região ao redor do núcleo onde o orbital está localizado. Essa região é chamada nível de energia e é representada pela letra n. O nível de energia corresponde às camadas eletrônicas anteriormente vistas. O número quântico principal pode assumir valores inteiros de um até, teoricamente, infinito, mas na prática verifica-se a existência de átomos contendo no máximo sete níveis de energia.

A expressão 2.n², onde n corresponde a um determinado nível de energia, permite calcular a máxima quantidade de elétrons que pode ocupar esse nível. A quantidade de elétrons presentes nos níveis de energia pode ser menor do que a máxima quantidade prevista teoricamente.

nível de energia (n)	1	2	3	4	5	6	7
nº máximo de elétrons permitido	2	8	18	32	50	72	98

Número quântico secundário ou azimutal (ℓ)

Indica a forma geométrica do orbital que será sempre a mesma independente do nível de energia onde estiver situado. É representado pela letra ℓ e pode assumir os valores de 0 até n-1. Na prática são conhecidos 4 valores para ℓ: 0, 1, 2 e 3. É comum associar o número quântico secundário a letras. Assim temos:

ℓ	0	1	2	3
orbital	s	p	d	f

O orbital s apresenta forma esférica. O elétron não é mais considerado um ponto com localização determinada. Ao invés disso, ele é representado de forma difusa mostrando que ele pode ser encontrado em qualquer região do orbital.

O orbital p apresenta a forma de um par de halteres, estando o núcleo entre os dois halteres.

Os outros orbitais, possuem forma geométrica complexa.

Número quântico magnético (m)

Indica a orientação do orbital no espaço. É representado pela letra m. O número de orientações que um orbital pode apresentar é dado pela expressão 2. ℓ + 1. Dessa forma temos:

orbital	número quântico secundário	número de orientações no espaço (2 ℓ + 1)	valores de m
s p d f	0 1 2 3	2.0+1=1 2.1+1=3 2.2+1=5 2.3+1=7	0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

A orientação de um orbital é dada em função do sistema tridimensional de eixos cartesianos. Assim é lógico admitir que o orbital s, por apresentar forma esférica, deva apresentar somente uma orientação no espaço. Os orbitais p podem se orientar de acordo com os eixos x, y e z do sistema de eixos cartesianos.

O conjunto dos três orbitais p é chamado subnível p.

Os orbitais d e f apresentam, respectivamente, 5 e 7 orientações no espaço. O conjunto dos cinco orbitais d é chamado subnível d e o conjunto dos sete orbitais f de subnível f.

Número quântico de spin (s ou ms)

Indica o sentido de rotação do elétron ao redor de seu eixo. É representado por s ou ms e pode ter dois valores -1/2 e +1/2. Arbitrariamente, ao sentido de rotação anti-horário é associado o valor -1/2 e ao sentido de rotação horário o valor +1/2.

Fonte: SILVA, Eduardo Roberto da & HASHIMOTO, Ruth R. Cursos Práticos Nova Cultural – Vestibular. Química.

Modelo Orbital

Esse modelo foi elaborado por volta de 1925. Ele leva em consideração duas ideias importantes sobre o comportamento da matéria: o caráter de onda eletromagnética que o elétron apresenta e a impossibilidade de se conhecer simultaneamente a posição e a velocidade de um elétron.

Em 1924, Louis de Broglie verificou experimentalmente que, dependendo das condições a que era submetido, o elétron ora apresentava propriedades de partículas, ora propriedades de onda eletromagnética. O elétron não podia ser encarado nem como partícula material nem como onda eletromagnética, ele teria um duplo caráter. 

Por essa mesma época, Werner Heisenberg estabeleceu o Princípio da Indeterminação de Heisenberg. Segundo esse princípio é impossível determinar com precisão a velocidade e a posição de um elétron. Isto porque, sendo o elétron uma partícula extremamente pequena, qualquer tentativa experimental no sentido de localizar sua posição interferirá em seu movimento.

Em vista dessas novas ideias a respeito da matéria, não faz sentido falar em órbitas descritas pelos elétrons ao redor do núcleo. Foi, então, desenvolvido o conceito de orbital.

Orbital é a região ao redor do núcleo onde é mais provável se encontrar um elétron.

Fonte: SILVA, Eduardo Roberto da & HASHIMOTO, Ruth R. Cursos Práticos Nova Cultural – Vestibular. Química.