Quimicozinhos: 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.

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.

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.

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 mostramos a seguir:

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:

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):

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. Ospin 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:

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 secundário: l

• o número quântico magnético: m ou Ml
• o número quântico do spin: s ou Ms

Como segundo exemplo, observe o diagrama parcial abaixo:

Neste diagrama, o elétron que está assinalado (a seta vermelha) tem os seguintes números quânticos:

n =3; l=1; m= -1; s= -1/2

Esse elétron será representado simbolicamente por:

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.

No preenchimento dos orbitais, outra regra importante é a chamada regra de Hund ou da máxima multiplicidade, que diz:

Em um mesmo subnível, de início, todos os orbitais devem receber seu primeiro elétron, e só depois cada orbital irá receber seu segundo elétron.

Assim, a ordem de entrada dos seis elétrons num orbital do tipo p será: