Qual é a configuração eletrônica externa?



O configuração eletrônica, também chamado de estrutura eletrônica, é o arranjo de elétrons em níveis de energia em torno de um núcleo atômico.

De acordo com o antigo modelo atômico de Bohr, os elétrons ocupam vários níveis em órbitas ao redor do núcleo, da primeira camada mais próxima do núcleo, K, até a sétima camada, Q, que é a mais distante do núcleo.

Em termos de um modelo mecânico quântico mais sofisticado, as camadas K-Q são subdivididas em um conjunto de orbitais, cada uma das quais pode ser ocupado por não mais do que um par de elétrons (Encyclopædia Britannica, 2011).

Comumente, a configuração eletrônica é usada para descrever os orbitais de um átomo em seu estado fundamental, mas também pode ser usado para representar um átomo que foi ionizado em um cátion ou ânion, compensando a perda ou ganho de elétrons em suas respectivas órbitas.

Muitas das propriedades físicas e químicas dos elementos podem ser correlacionadas com suas configurações eletrônicas exclusivas. Os elétrons de valência, os elétrons na camada mais externa, são o fator determinante para a química única do elemento.

Conceitos básicos de configurações eletrônicas

Antes de atribuir os elétrons de um átomo aos orbitais, deve-se familiarizar-se com os conceitos básicos das configurações eletrônicas. Cada elemento da Tabela Periódica consiste em átomos, compostos por prótons, nêutrons e elétrons.

Os elétrons exibem uma carga negativa e são encontrados ao redor do núcleo do átomo nos orbitais do elétron, definido como o volume de espaço no qual o elétron pode ser encontrado com 95% de probabilidade.

Os quatro tipos diferentes de orbitais (s, p, d e f) têm formas diferentes e um orbital pode conter no máximo dois elétrons. Os orbitais p, d e f possuem diferentes subníveis, podendo conter mais elétrons.

Conforme indicado, a configuração eletrônica de cada elemento é única para sua posição na tabela periódica. O nível de energia é determinado pelo período e o número de elétrons é dado pelo número atômico do elemento.

Orbitais em diferentes níveis de energia são semelhantes entre si, mas ocupam diferentes áreas no espaço.

O orbital 1s e o orbital 2s têm as características de um orbital (nós radiais, probabilidades de volume esférico, só podem conter dois elétrons, etc.). Mas, como eles são encontrados em diferentes níveis de energia, eles ocupam diferentes espaços ao redor do núcleo. Cada orbital pode ser representado por blocos específicos na tabela periódica.

O bloco s é a região dos metais alcalinos incluindo hélio (Grupos 1 e 2), o bloco d são metais de transição (Grupos 3 a 12), o bloco p são os elementos do grupo principal dos Grupos 13 a 18 E o bloco f são as séries de lantanídeos e actinídeos (Faizi, 2016).

Figura 1: elementos da tabela periódica e seus períodos que variam de acordo com os níveis de energia dos orbitais.

Princípio do Aufbau

Aufbau vem da palavra alemã "Aufbauen", que significa "construir". Em essência, ao escrever configurações eletrônicas, estamos construindo orbitais eletrônicos à medida que nos movemos de um átomo para outro.

Ao escrevermos a configuração eletrônica de um átomo, preencheremos os orbitais em ordem crescente de número atômico.

O princípio de Aufbau se origina do princípio de exclusão de Pauli, segundo o qual não há dois férmions (por exemplo, elétrons) em um átomo. Eles podem ter o mesmo conjunto de números quânticos, então eles têm que "acumular" em níveis de energia mais altos.

Como os elétrons se acumulam é um assunto de configurações eletrônicas (Aufbau Principle, 2015).

Átomos estáveis ​​têm tantos elétrons quanto os prótons no núcleo. Elétrons se reúnem em torno do núcleo em orbitais quânticos seguindo quatro regras básicas chamadas de princípio Aufbau.

  1. Não há dois elétrons no átomo que compartilham os mesmos quatro números quânticos n, l, m e s.
  2. Os elétrons ocuparão os orbitais do menor nível de energia primeiro.
  3. Os elétrons sempre preencherão os orbitais com o mesmo número de spin. Quando os orbitais estão cheios, começará.
  4. Os elétrons preencherão os orbitais pela soma dos números quânticos n e l. Orbitais com valores iguais de (n + l) serão preenchidos primeiro com os valores de n menores.

A segunda e quarta regras são basicamente as mesmas. Um exemplo da regra quatro seria os orbitais 2p e 3s.

Um orbital 2p é n = 2 e L = 2 e 3s orbital é n = 3 e L = 1 (N + l) = 4, em ambos os casos, mas a 2p orbital tendo a energia mais baixa ou menor valor de n será preenchido antes da Camada 3s.

Felizmente, o diagrama de Moeller mostrado na Figura 2 pode ser usado para preencher elétrons. O gráfico é lido executando as diagonais de 1s.

Figura 2: Diagrama de Moeller de preenchimento da configuração eletrônica.

A Figura 2 mostra os orbitais atômicos e as setas seguem o caminho a seguir.

Agora sabe-se que a ordem dos orbitais são preenchidos, a única coisa que resta é memorizar o tamanho de cada orbital.

Orbitais S têm 1 valor possível de ml conter 2 elétrons

Orbitais P têm 3 valores possíveis de ml conter 6 elétrons

Orbitais D tem 5 valores possíveis de ml conter 10 elétrons

Orbitais F tem 7 valores possíveis de ml conter 14 elétrons

Isso é tudo o que é necessário para determinar a configuração eletrônica de um átomo estável de um elemento.

Por exemplo, pegue o elemento nitrogênio. O nitrogênio tem sete prótons e, portanto, sete elétrons. O primeiro orbital a preencher é o orbital 1s.

Um orbital tem dois elétrons, então restam cinco elétrons. O próximo orbital é o orbital 2s e contém os dois seguintes. Os três elétrons finais irão para o orbital 2p, que pode conter até seis elétrons (Helmenstine, 2017).

Importância da configuração eletrônica externa

As configurações eletrônicas desempenham um papel importante na determinação das propriedades dos átomos.

Todos os átomos do mesmo grupo têm a mesma configuração de electrões exterior excepto n número atómico, que é por isso possuem propriedades químicas semelhantes.

Alguns dos principais factores que influenciam as propriedades atômicas incluem o tamanho das maiores orbitais ocupados, a energia dos orbitais de maior energia, o número de vagas orbitais e o número de elétrons nos orbitais de maior energia (Configurações eletrônicas e as propriedades dos átomos, SF).

A maioria das propriedades atómicas pode estar relacionada com o grau de atracção entre o exterior para o núcleo e o número de electrões na camada mais exterior de electrões, o número de electrões de valência electrões.

Os electrões da camada exterior são os que são capazes de formar ligações químicas covalentes, são aqueles com a capacidade de ionizam para formar catiões ou aniões são os que dão os elementos químicos estado de oxidação (Khan, 2014).

Eles também determinarão o raio atômico. À medida que n aumenta, o raio atômico aumenta. Quando um átomo perde um electrão, haverá uma contracção do raio atómico diminuir devido à carga negativa em torno do núcleo.

Os electrões da camada exterior são aqueles que são considerados pela ligação de valência, a teoria do campo cristalino e de teoria molecular orbital para as propriedades das moléculas e as ligações hibridações (Bozeman Ciência, 2013).

Referências

  1. Princípio Aufbau. (2015, 3 de junho). Retirado de chem.libretexts: chem.libretexts.org.
  2. Bozeman Science. (2013, Agoto 4). Configuração de elétrons. Retirado do youtube: youtube.com.
  3. Configurações eletrônicas e as propriedades dos átomos. (S.F.). Retirado de oneonta.edu: oneonta.edu.
  4. Enciclopédia Britânica. (2011, 7 de setembro). Configuração eletrônica. Retirado de britannica: britannica.com.
  5. Faizi, S. (2016, 12 de julho). Configurações eletrônicas. Retirado de chem.libretexts: chem.libretexts.org.
  6. Helmenstine, T. (2017, 7 de março). O Princípio Aufbau - Estrutura Eletrônica e o Princípio Aufbau. Retirado de thoughtco: thoughtco.com.
  7. Khan, S. (2014, 8 de junho). Elétrons de valência e ligação. Extraído de khanacademy: khanacademy.org.