O elétron diferencial é um conceito fundamental da química que se refere ao último elétron de um átomo em sua configuração eletrônica. Para descrever a localização desse elétron, são utilizados os números quânticos, que são valores que descrevem as propriedades do elétron, como sua energia, momento angular e orientação no espaço. Neste artigo, exploraremos os números quânticos e como eles são usados para descrever o elétron diferencial, além de fornecer exemplos práticos para ilustrar esses conceitos.
Números quânticos dos elétrons: o que são e como determiná-los na química.
Números quânticos dos elétrons são valores que descrevem as propriedades dos elétrons em um átomo. Eles são utilizados para determinar a distribuição dos elétrons nos diferentes níveis de energia ao redor do núcleo do átomo. Na química, os números quânticos são essenciais para entender a estrutura atômica e prever o comportamento dos elementos químicos.
Os números quânticos dos elétrons são quatro: n (número quântico principal), l (número quântico secundário), m (número quântico magnético) e s (spin). Cada um desses números quânticos possui valores específicos que determinam as características dos elétrons em um átomo.
Para determinar os números quânticos dos elétrons em um átomo, é necessário seguir as regras estabelecidas pela mecânica quântica. Por exemplo, o número quântico principal n determina o nível de energia em que o elétron está localizado, sendo sempre um número inteiro positivo. Já o número quântico secundário l está relacionado com o momento angular do elétron e pode variar de 0 a n-1.
Um exemplo prático de determinação dos números quânticos dos elétrons é o caso do hidrogênio, que possui apenas um elétron. O número quântico principal n para o elétron de hidrogênio é 1, o número quântico secundário l é 0, o número quântico magnético m é 0 e o spin s pode ser +1/2 ou -1/2.
Em resumo, os números quânticos dos elétrons são fundamentais para compreender a estrutura atômica e as propriedades dos elementos químicos. Eles são determinados seguindo as regras da mecânica quântica e fornecem informações essenciais para a química e a física modernas.
Os quatro números quânticos do elétron diferenciador: qual é o conjunto correto?
Os quatro números quânticos do elétron diferenciador: são os números quânticos que descrevem a distribuição de elétrons em um átomo. Eles são o número quântico principal (n), o número quântico secundário (l), o número quântico magnético (m) e o número quântico de spin (s). O conjunto correto de números quânticos para um elétron diferenciador é aquele que descreve de forma única a localização e o estado do elétron em um átomo.
O número quântico principal (n) representa o nível de energia do elétron e está relacionado com a distância do elétron ao núcleo do átomo. Quanto maior o valor de n, maior é a distância do elétron ao núcleo e maior é a energia do elétron.
O número quântico secundário (l) está relacionado com o momento angular do elétron e define a forma do orbital. Ele varia de 0 a n-1 e cada valor de l corresponde a um subnível de energia (s, p, d, f).
O número quântico magnético (m) indica a orientação espacial do orbital ao redor do núcleo. Ele pode ter valores que vão de -l até +l, incluindo zero.
O número quântico de spin (s) descreve o spin do elétron, que pode ser +1/2 ou -1/2. Ele é responsável pela divisão dos elétrons em orbitais com spins opostos.
Portanto, o conjunto correto de números quânticos para um elétron diferenciador é aquele que descreve de forma única a localização e o estado do elétron em um átomo, levando em consideração os valores permitidos para cada número quântico.
Descubra os quatro números quânticos do elétron no orbital 4d ilustrado.
Para determinar os quatro números quânticos do elétron no orbital 4d ilustrado, precisamos entender como esses números são atribuídos. Os quatro números quânticos são: número quântico principal (n), número quântico secundário (l), número quântico magnético (m) e número quântico de spin (s).
No orbital 4d, o número quântico principal (n) é igual a 4, indicando o nível de energia do elétron. O número quântico secundário (l) pode variar de 0 a n-1, então para o orbital 4d, l pode ser 0, 1, 2 ou 3. O número quântico magnético (m) varia de -l a +l, então para l=2 temos m = -2, -1, 0, 1, 2. Por fim, o número quântico de spin (s) pode ser +1/2 ou -1/2, representando a direção do spin do elétron.
Portanto, no orbital 4d ilustrado, os quatro números quânticos do elétron seriam: n = 4, l = 2, m = -2, -1, 0, 1, 2 e s = +1/2 ou -1/2.
Entender os números quânticos do elétron é essencial para compreender a estrutura dos átomos e a distribuição dos elétrons nos orbitais. Com essas informações, podemos prever o comportamento dos átomos e explicar diversas propriedades químicas.
Dicas para preencher os spins de forma eficiente e criativa em poucas palavras.
Para preencher os spins de forma eficiente e criativa, é importante entender os números quânticos dos elétrons. Os números quânticos são utilizados para descrever a distribuição dos elétrons nos orbitais atômicos. O número quântico principal (n) define o nível de energia do elétron, o número quântico secundário (l) determina o formato do orbital, o número quântico magnético (m) indica a orientação espacial do elétron e o número quântico de spin (s) especifica a direção do spin do elétron.
Para preencher os spins de forma eficiente, siga a regra de Hund, que estabelece que os spins dos elétrons em orbitais degenerados devem ser distribuídos de forma a maximizar o momento angular total. Além disso, lembre-se de respeitar a capacidade máxima de cada orbital, que é determinada pelo número quântico principal (n) e secundário (l).
Para tornar o processo mais criativo, você pode imaginar os spins dos elétrons como pequenas setas apontando para cima ou para baixo, representando os diferentes sentidos de rotação. Experimente visualizar a distribuição dos spins de forma tridimensional, criando padrões e sequências interessantes.
Lembre-se de praticar e revisar constantemente os conceitos de números quânticos e spins para aprimorar sua habilidade de preencher os spins de forma eficiente e criativa.
Elétron Diferencial: Números Quânticos e Exemplos
O elétron diferencial ou diferenciador é o último elétron colocado na sequência da configuração eletrônica de um átomo. Porque é o nome dele? Para responder a essa pergunta, é necessária a estrutura básica de um átomo: seu núcleo, o vácuo e os elétrons.
O núcleo é um agregado denso e compacto de partículas positivas chamadas prótons e partículas neutras chamadas nêutrons. Os prótons definem o número atômico Z e, juntamente com os nêutrons, compõem a massa atômica. No entanto, um átomo não pode carregar apenas cargas positivas; é por isso que os elétrons orbitam em torno do núcleo para neutralizá-lo.
Assim, para cada próton que une o núcleo, um novo elétron é incorporado em seus orbitais para neutralizar a crescente carga positiva. Assim, o novo elétron adicionado, o elétron diferencial, está intimamente relacionado ao número atômico Z.
O elétron diferencial é encontrado na camada eletrônica mais externa: a camada de valência. Portanto, quanto mais longe você estiver do núcleo, maior será a energia associada a ele. É essa energia que é responsável por sua participação, bem como a do restante dos elétrons de valência, nas reações químicas características dos elementos.
Números quânticos
Assim como o restante dos elétrons, o elétron diferencial pode ser identificado por seus quatro números quânticos. Mas quais são os números quânticos? Eles são «n», «l», «m» e «s».
O número quântico “n” indica o tamanho do átomo e os níveis de energia (K, L, M, N, O, P, Q). “L” é o número quântico secundário ou azimutal, que indica a forma dos orbitais atômicos, e recebe valores de 0, 1, 2 e 3 para os orbitais “s”, “p”, “d” e “f” respectivamente.
“M” é o número quântico magnético e indica a orientação espacial dos orbitais sob um campo magnético. Assim, 0 para o orbital “s”; -1, 0, +1, para o orbital “p”; -2, -1, 0, +1, +2, para o orbital “d”; e -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, para o orbital “f”. Finalmente, o número quântico de spin “s” (+1/2 para ↑ e -1/2 para ↓).
Portanto, um elétron diferencial associou os números quânticos anteriores (“n”, “l”, “m”, “s”). Por contrariar a nova carga positiva gerada pelo próton adicional, também fornece o número atômico Z do elemento.
Como conhecer o elétron diferencial?
A imagem acima mostra as configurações eletrônicas para os elementos do hidrogênio ao gás neon (H → Ne).
Nisso, os elétrons das camadas abertas são indicados com a cor vermelha, enquanto os das camadas fechadas são indicados com a cor azul. As camadas se referem ao número quântico “n”, o primeiro dos quatro.
Assim, o ajuste de valência de H (↑ vermelho) adiciona outro elétron com orientação oposta para se tornar o de He (↓ ↑, ambos azuis porque agora o nível 1 está fechado). Esse elétron adicionado é então o elétron diferencial.
Assim, pode-se ver graficamente como o elétron diferencial se soma à camada de valência (setas vermelhas) dos elementos, diferenciando-os um do outro. Os elétrons enchem os orbitais respeitando a regra de Hund e o princípio de exclusão de Pauling (perfeitamente observado de B a Ne).
E quanto aos números quânticos? Eles definem cada seta – ou seja, cada elétron – e seus valores podem ser corroborados com a configuração eletrônica para saber se são ou não o elétron diferencial.
Exemplos em vários elementos
Cloro
No caso do cloro (Cl), seu número atômico Z é igual a 17. A configuração eletrônica é então 1s 2 2s 2 sp 6 3s 2 3p 5 . Os orbitais marcados em vermelho correspondem aos da camada de valência, que possui o nível 3 aberto.
O elétron diferencial é o último elétron colocado na configuração eletrônica e o átomo de cloro é o do orbital 3p, cuja disposição é a seguinte:
↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _
3px 3py 3pz
(-1) (0) (+1)
Respeitando a regra de Hund, primeiro preencha 3p orbitais de energia igual (uma seta para cima em cada orbital). Segundo, os outros elétrons se acasalam com os elétrons solitários da esquerda para a direita. O elétron diferencial é representado em uma moldura verde.
Assim, o elétron diferencial para o cloro possui os seguintes números quânticos: (3, 1, 0, -1/2). Ou seja, “n” é 3; “L” é 1, orbital “p”; “M” é 0, porque é o orbital “p” do meio; e “s” é -1/2, pois a seta aponta para baixo.
Magnésio
A configuração eletrônica para o átomo de magnésio é 1s 2 2s 2 sp 6 3s 2 , representando o orbital e seu elétron de valência da mesma maneira:
↑ ↓
3s
0 0
Desta vez, o elétron diferencial possui os números quânticos 3, 0, 0, -1/2. A única diferença nesse caso em relação ao cloro é que o número quântico “l” é 0 porque o elétron ocupa um orbital “s” (os 3s).
Zircônio
A configuração eletrônica do átomo de zircônio (metal de transição) é 1s 2 2s 2 sp 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 2 . Da mesma forma que nos casos anteriores, a representação de orbitais e elétrons de valência é a seguinte:
Assim, os números quânticos para o elétron diferencial marcado em verde são: 4, 2, -1, +1/2. Aqui, como o elétron ocupa o segundo orbital “d”, ele tem um número quântico ” m” igual a -1. Além disso, como a seta aponta para cima, seu número de rotação ” s” é igual a +1/2.
Elemento desconhecido
Os números quânticos do elétron diferencial para um elemento desconhecido são 3, 2, +2, -1/2. Qual é o número atômico Z do elemento? Conhecendo Z, você pode decifrar qual é o elemento.
Desta vez, como “n” é igual a 3, significa que o elemento está no terceiro período da tabela periódica, com os orbitais “d” como camada de valência (“l” igual a 2). Portanto, os orbitais são representados como no exemplo anterior:
↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
Os números quânticos “m” iguais a +2 e “s” iguais a -1/2 são chaves para localizar corretamente o elétron diferencial no último orbital 3d.
Assim, o elemento que está sendo procurado possui os orbitais 3d 10 completos, bem como suas camadas eletrônicas internas. Em conclusão, o elemento é metal zinco (Zn).
No entanto, os números quânticos do elétron diferencial não podem distinguir entre zinco e cobre, porque o último elemento também possui orbitais 3D completos. Porque Porque o cobre é um metal que não cumpre as regras de preenchimento de elétrons por razões quânticas.
Referências
- Jim Branson (2013). Regras de Hund. Retirado em 21 de abril de 2018, de: quantummechanics.ucsd.edu
- Aula 27: Regras de Hund. Recuperado em 21 de abril de 2018, de: ph.qmul.ac.uk
- Universidade de Purdue. Números quânticos e configurações eletrônicas. Recuperado em 21 de abril de 2018, de: chemed.chem.purdue.edu
- Enciclopédia das Ciências Salvat. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, volume 12, Espanha, página 314-322.
- Walter J. Moore (1963). Química Física Em partículas e ondas . Quarta edição, Longmans.