AulaAula 33EstruturaEstrutura AtômicaAtômica –– contcont……

TabelaTabela PeriPerióódicadica

• Schrödinger propôs uma equação que contém os termos onda e partícula.

• A resolução da equação leva às funções de onda.

• A função de onda fornece o contorno do orbital eletrônico.

• O quadrado da função de onda fornece a probabilidade de se encontrar o elétron, isto é, dá a densidade eletrônica para o átomo.

MecânicaMecânica quânticaquântica e e orbitaisorbitais atômicosatômicos

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Distribui€•o da densidade eletronica no estadofundamental do ‚tomo de hidrogƒnio.

Orbitais e números quânticos• Se resolvermos a equação de Schrödinger, teremos as funções de

onda e as energias para as funções de onda.

• Chamamos as funções de onda de orbitais.

• A equação de Schrödinger necessita de três números quânticos:

1. Número quântico principal, n. Este é o mesmo n de Bohr. À medida que n aumenta, o orbital torna-se maior e o elétronpassa mais tempo mais distante do núcleo.

MecânicaMecânica quânticaquântica e e orbitaisorbitais atômicosatômicos

Orbitais e números quânticos2. O número quântico azimuthal, l. Esse número quântico

depende do valor de n. Os valores de l começam de 0 e aumentam até n -1. Normalmente utilizamos letras para l (s, p, d e f para l = 0, 1, 2, e 3). Geralmente nos referimos aosorbitais s, p, d e f.

3. O número quântico magnético, ml. Esse número quânticodepende de l. O número quântico magnético tem valoresinteiros entre -l e +l. Fornecem a orientação do orbital no espaço.

MecânicaMecânica quânticaquântica e e orbitaisorbitais atômicosatômicos

Orbitais e números quânticos

MecânicaMecânica quânticaquântica e e orbitaisorbitais atômicosatômicos

Orbitais s• Todos os orbitais s são esféricos.

• À medida que n aumenta, os orbitais s ficam maiores.

• À medida que n aumenta, aumenta o número de nós.

• Um nó é uma região no espaço onde a probabilidade de se encontrar um elétron é zero.

• Em um nó, Ψ2 = 0

• Para um orbital s, o número de nós é n-1.

RepresentaRepresentaççõesões orbitiasorbitias

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Orbitais s

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Orbitais p• Existem três orbitais p, px, py, e pz.

• Os três orbitais p localizam-se ao longo dos eixos x-, y- e z- de um sistema cartesiano.

• As letras correspondem aos valores permitidos de ml, -1, 0, e +1.

• Os orbitais têm a forma de halteres.

• À medida que n aumenta, os orbitais p ficam maiores.

• Todos os orbitais p têm um nó no núcleo.

RepresentaRepresentaççõesões orbitiasorbitias

Orbitais p

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Orbitais d e f• Existem cinco orbitais d e sete orbitais f.

• Três dos orbitais d encontram-se em um plano bissecante aos eixosx-, y- e z.

• Dois dos orbitais d se encontram em um plano alinhado ao longodos eixos x-, y- e z.

• Quatro dos orbitais d têm quatro lóbulos cada.

• Um orbital d tem dois lóbulos e um anel.

RepresentaRepresentaççõesões orbit ia sorbit ia s

RepresentaRepresentaççõesões orbitiasorbitias

RepresentaRepresentaççõesões orbitiasorbitias

Orbitais e suas energias• Orbitais de mesma energia são conhecidos como degenerados.

• Para n ≥ 2, os orbitais s e p não são mais degenerados porque oselétrons interagem entre si.

• Portanto, o diagrama de Aufbau apresenta-se ligeiramentediferente para sistemas com muitos elétrons.

ÁÁtomostomos polieletrônicospolieletrônicos

Orbitais e suas energias

ÁÁtomostomos polieletrônicospolieletrônicos

Spin eletrônico e o princípioda exclusão de Pauli

• O espectro de linhas de átomos polieletrônicos mostra cada linhacomo um par de linhas minimamente espaçado.

• Stern e Gerlach planejaram um experimento para determinar o porquê.

• Um feixe de átomos passou através de uma fenda e por um campo magnético e os átomos foram então detectados.

• Duas marcas foram encontradas: uma com os elétrons girando emum sentido e uma com os elétrons girando no sentido oposto.

ÁÁtomostomos polieletrônicospolieletrônicos

Spin eletrônico e o princípioda exclusão de Pauli

ÁÁtomostomos polieletrônicospolieletrônicos

Spin eletrônico e o princípioda exclusão de Pauli

• Já que o spin eletrônico é quantizado, definimos s = númeroquântico de rotação = ± ½.

• O princípio da exclusão de Pauli:: dois elétrons não podem ter a mesma série de 4 números quânticos. Portanto, dois elétrons no mesmo orbital devem ter spins opostos.

• Portanto, cada orbital de um mesmo átomo, definido por trêsnúmeros quânticos iguais, poderá ter no máximo dois elétrons.

ÁÁtomostomos polieletrônicospolieletrônicos

Regra de Hund• As configurações eletrônicas nos dizem em quais orbitais os

elétrons de um elemento estão localizados.

• Três regras:

- Os orbitais são preenchidos em ordem crescente de n.

- Dois elétrons com o mesmo spin não podem ocupar o mesmoorbital (Pauli).

- Para os orbitais degenerados, os elétrons preenchem cada orbital isoladamente antes de qualquer orbital receber um segundoelétron (regra de Hund).

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicas

• Em 2002, havia 115 elementos conhecidos.

• A maior parte dos elementos foi descoberta entre 1735 e 1843.

• Como organizar 115 elementos diferentes de forma que possamos fazer previsões sobre elementos não descobertos?

O O desenvolvimentodesenvolvimentodada tabelatabela periperióódicadica

TabelaTabela PeriPerióódicadica

Henry Moseley

Dmitri Ivanovich Mendeleyev

• Ordenar os elementos de modo que reflitam as tendências nas propriedades químicas e físicas.

• A primeira tentativa (Mendeleyev e Meyer) ordenou os elementos em ordem crescente de massa atômica.

• Faltaram alguns elementos nesse esquema. Exemplo: em 1871, Mendeleyev observou que a posição mais adequada para o As seria abaixo do P, e não do Si, o que deixou um elemento faltando abaixo do Si. Ele previu um número de propriedades para este elemento. Em 1886 o Ge foi descoberto. Aspropriedades do Ge se equiparam bem à previsão de Mendeleev.

O O desenvolvimentodesenvolvimentodada tabelatabela periperióódicadica

• A tabela periódica pode ser utilizada como um guia para as configurações eletrônicas.

• O número do periodo é o valor de n.

• Os grupos 1A e 2A têm o orbital s preenchido.

• Os grupos 3A -8A têm o orbital p preenchido.

• Os grupos 3B -2B têm o orbital d preenchido.

• Os lantanídeos e os actinídeos têm o orbital f preenchido.

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicase a e a tabelatabela periperióódicadica

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicase a e a tabelatabela periperióódicadica

Configurações eletrônica condensadas• O neônio tem o subnível 2p completo.

• O sódio marca o início de um novo período.

• Logo, escrevemos a configuração eletrônica condensada para o sódio como

Na: [Ne] 3s1

• [Ne] representa a configuração eletrônica do neônio.

• Elétrons mais internos: os elétrons no [Gás Nobre].

• Elétrons de valência: os elétrons fora do [Gás Nobre].

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicas