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O que é notação espectral?
O notação espectral o Configuração eletrônica é o arranjo de elétrons em níveis de energia ao redor do núcleo de um átomo.
De acordo com o primeiro modelo atómico de Bohr, electrões ocupam vários níveis em orbita em torno do núcleo, o primeiro o mais próximo do núcleo, K, para a sétima camada, Q, que é a mais distante da camada de 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 (Configurações de elétrons e as propriedades dos átomos, S.F.).
Quando elétrons na camada mais externa de um átomo recebem energia de algum tipo, eles se movem para camadas de energia mais altas. Assim, um elétron na camada K será transferido para a camada L enquanto estiver em um estado de maior energia.
Quando o elétron retorna ao estado fundamental, libera a energia que absorveu emitindo um espectro eletromagnético (luz). Como cada átomo possui uma configuração eletrônica específica, ele também terá um espectro específico que será chamado de espectro de absorção (ou emissão).
Por esse motivo, o termo notação espectral é usado para se referir à configuração eletrônica (Spectroscopic Notation, S.F.).
Como determinar a notação espectral: números quânticos
Um total de quatro números quânticos são usados para descrever completamente o movimento e as trajetórias de cada elétron dentro de um átomo.
A combinação de todos os números quânticos de todos os elétrons em um átomo é descrita por uma função de onda que obedece à equação de Schrödinger. Cada elétron em um átomo tem um conjunto único de números quânticos.
De acordo com o Princípio de Exclusão de Pauli, dois elétrons não podem compartilhar a mesma combinação de quatro números quânticos.
Os números quânticos são importantes porque podem ser usados para determinar a configuração eletrônica de um átomo e a localização provável dos elétrons no átomo.
Números quânticos também são usados para determinar outras características de átomos, como energia de ionização e raio atômico.
Números quânticos designam conchas específicas, subcamadas, orbitais e giros de elétrons.
Isto significa que descrevem completamente as características de um electrão em um átomo, isto é, descrevem, cada uma única solução para a equação de Schrodinger, ou a função de onda de electrões num átomo.
Existem quatro números quânticos: o número quântico principal (N), o número quântico de momento angular orbital (L), o número quântico magnético (ml) e o número quântico de spin do electrão (ms).
O principal número quântico, nn, descreve a energia de um elétron e a distância mais provável do elétron em relação ao núcleo. Em outras palavras, refere-se ao tamanho do orbital e ao nível de energia em que um elétron é colocado.
O número de subcamadas, ou ll, descreve a forma do orbital. Também pode ser usado para determinar o número de nós angulares.
O número quântico magnético ml, descreve os níveis de energia de um ligante, e mais refere-se a girar sobre o electrões, que podem ser para cima ou para baixo (Anastasiya Kamenko, 2017).
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.
- Não há dois elétrons no átomo que compartilham os mesmos quatro números quânticos n, l, m e s.
- Os elétrons ocuparão os orbitais do menor nível de energia primeiro.
- Os elétrons sempre preencherão os orbitais com o mesmo número de spin.Quando os orbitais estão cheios, começará.
- 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.
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).
Regras do Cão
seção Aufbau discutiu como elétrons preenchem os orbitais de energia mais baixa primeiro e depois passar para a energia orbital da mais alta somente após os orbitais de menor energia são preenchidos.
No entanto, há um problema com essa regra. Certamente, os 1s orbitais para ser completada antes da orbital 2s porque 1s orbitais têm um menor valor de n, e poder, por conseguinte, mais baixa.
E os três diferentes orbitais 2p? Em que ordem eles devem ser preenchidos? A resposta a essa pergunta envolve a regra de Hund.
A regra de Hund afirma que:
- Cada orbital em um subnível é ocupado individualmente antes que qualquer orbital seja duplamente ocupado.
- Todos os elétrons em orbitais ocupados individualmente têm a mesma rotação (para maximizar a rotação total).
Quando orbitais de elétrons são atribuídos, um elétron primeira busca preencher todos os orbitais com energia semelhante (também chamados orbitais degenerados) antes de par de elétrons com outro meio cheio orbital.
Os átomos nos estados do solo tendem a ter tantos elétrons não pareados quanto possível. Ao visualizar este processo, considere como os elétrons exibem o mesmo comportamento que os mesmos pólos em um ímã se eles entraram em contato.
Quando os elétrons carregados negativamente preencher orbital, primeiro eles tentam ficar o mais longe um do outro antes de ter para emparelhar (Regras de Hund, 2015).
Referências
- Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, 24 de março). Números Quânticos. Retirado de chem.libretexts.org.
- Princípio Aufbau. (2015, 3 de junho). Retirado de chem.libretexts.org.
- Configurações eletrônicas e as propriedades dos átomos. (S.F.). Obtido em oneonta.edu.
- Enciclopédia Britânica. (2011, 7 de setembro). Configuração eletrônica. Recuperado de britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, 7 de março). O Princípio Aufbau - Estrutura Eletrônica e o Princípio Aufbau. Retirado de thoughtco.com.
- Regras de Hund. (2015, 18 de julho). Retirado de chem.libretexts.org.
- Notação Espectroscópica. (S.F.). Obtido em bcs.whfreeman.com.