Regra das diagonais: para que serve e exemplos - Ciência - 2023

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oregra das diagonais É um princípio de construção que permite descrever a configuração eletrônica de um átomo ou íon, de acordo com a energia de cada orbital ou nível de energia. Nesse sentido, a distribuição eletrônica de cada átomo é única e é dada pelos números quânticos.

Esses números definem o espaço onde os elétrons estão mais provavelmente localizados (chamados orbitais atômicos) e também os descrevem. Cada número quântico está relacionado a uma propriedade dos orbitais atômicos, o que ajuda a entender as características dos sistemas atômicos pelo arranjo de seus elétrons dentro do átomo e em suas energias.

Da mesma forma, a regra das diagonais (também conhecida como Regra de Madelung) é baseada em outros princípios que obedecem à natureza dos elétrons, a fim de descrever corretamente o comportamento destes dentro das espécies químicas.


Para que serve?

Esse procedimento é baseado no princípio de Aufbau, que afirma que no processo de integração dos prótons ao núcleo (um a um), quando os elementos químicos são constituídos, os elétrons também são adicionados aos orbitais atômicos.

Isso significa que, quando um átomo ou íon está em seu estado fundamental, os elétrons ocupam os espaços disponíveis dos orbitais atômicos de acordo com seu nível de energia.

Ao ocupar os orbitais, os elétrons se localizam primeiro nos níveis de menor energia e desocupados, e depois nos de maior energia.

Configurações eletrônicas de espécies químicas

Da mesma forma, esta regra é usada para obter uma compreensão bastante precisa das configurações eletrônicas das espécies químicas elementares; isto é, os elementos químicos quando estão em seu estado fundamental.


Assim, ao obter uma compreensão das configurações que os elétrons apresentam nos átomos, as propriedades dos elementos químicos podem ser compreendidas.

Adquirir esse conhecimento é essencial para a dedução ou previsão dessas propriedades. Da mesma forma, as informações fornecidas por este procedimento ajudam a explicar porque a tabela periódica concorda tão bem com as investigações dos elementos.

Qual é a regra das diagonais?

Embora essa regra se aplique apenas a átomos em seu estado fundamental, ela funciona muito bem para os elementos da tabela periódica.

É obedecido o princípio de exclusão de Pauli, que afirma que dois elétrons pertencentes ao mesmo átomo não podem possuir os quatro números quânticos iguais. Esses quatro números quânticos descrevem cada um dos elétrons encontrados no átomo.


Assim, o número quântico principal (n) define o nível de energia (ou camada) em que o elétron estudado está localizado e o número quântico azimutal (ℓ) está relacionado ao momento angular e detalha a forma do orbital.

Da mesma forma, o número quântico magnético (mℓ) expressa a orientação que este orbital tem no espaço e o número quântico de spin (ms) descreve a direção de rotação que o elétron apresenta em torno de seu próprio eixo.

Além disso, a regra de Hund expressa que a configuração eletrônica que apresenta maior estabilidade em um subnível é considerada aquela que possui mais spins em posições paralelas.

Obedecendo a esses princípios, determinou-se que a distribuição dos elétrons está de acordo com o diagrama abaixo:

Nesta imagem os valores de n correspondem a 1, 2, 3, 4 ..., de acordo com o nível de energia; e os valores de ℓ são representados por 0, 1, 2, 3 ..., que são equivalentes a s, p, d e f, respectivamente. Portanto, o estado dos elétrons nos orbitais depende desses números quânticos.

Exemplos

Levando em consideração a descrição deste procedimento, alguns exemplos para sua aplicação são dados a seguir.

Em primeiro lugar, para se obter a distribuição eletrônica do potássio (K), é preciso conhecer seu número atômico, que é 19; ou seja, o átomo de potássio tem 19 prótons em seu núcleo e 19 elétrons. De acordo com o diagrama, sua configuração é dada em 1s22s22 P63s23p64s1.

As configurações dos átomos polieletrônicos (que possuem mais de um elétron em sua estrutura) também são expressas como a configuração do gás nobre antes do átomo mais os elétrons que o seguem.

Por exemplo, no caso do potássio também é expresso como [Ar] 4s1, porque o gás nobre antes do potássio na tabela periódica é o argônio.


Outro exemplo, mas neste caso é um metal de transição, é o do mercúrio (Hg) que tem no núcleo 80 elétrons e 80 prótons (Z = 80). De acordo com o esquema de construção, sua configuração eletrônica completa é:

1s22s22 P63s23p64s23d104p65s24d105 p66s24f145 d10.

Tal como acontece com o potássio, a configuração do mercúrio pode ser expressa como [Xe] 4f145 d106s2, porque o gás nobre que o precede na tabela periódica é o xenônio.

Exceções

A regra das diagonais foi projetada para ser aplicada apenas a átomos que estão em um estado fundamental e com carga elétrica igual a zero; ou seja, está muito bem acoplado aos elementos da tabela periódica.

No entanto, existem algumas exceções para as quais existem desvios importantes entre a distribuição eletrônica assumida e os resultados experimentais.


Esta regra se baseia na distribuição dos elétrons quando eles estão localizados nos subníveis obedecendo à regra n + ℓ, o que implica que os orbitais que possuem uma pequena magnitude de n + ℓ são preenchidos antes daqueles que apresentam uma magnitude maior deste parâmetro.

Como exceções, são apresentados os elementos paládio, cromo e cobre, para os quais se prevêem configurações eletrônicas que não coincidem com o observado.

De acordo com esta regra, o paládio deve ter uma distribuição eletrônica igual a [Kr] 5s24d8, mas os experimentos produziram um igual a [Kr] 4d10, que indica que a configuração mais estável deste átomo ocorre quando a subcamada 4d está cheia; ou seja, tem uma energia inferior neste caso.

Da mesma forma, o átomo de cromo deve ter a seguinte distribuição eletrônica: [Ar] 4s23d4. Porém, experimentalmente obteve-se que este átomo adquire a configuração [Ar] 4s13d5, o que implica que o estado de menor energia (mais estável) ocorre quando ambas as subcamadas estão parcialmente preenchidas.


Referências

  1. Wikipedia. (s.f.). Princípio de Aufbau. Recuperado de en.wikipedia.org
  2. Chang, R. (2007). Química, nona edição. México: McGraw-Hill.
  3. ThoughtCo. (s.f.). Definição da regra de Madelung. Obtido em Thoughtco.com
  4. LibreTexts. (s.f.). Princípio de Aufbau. Recuperado de chem.libretexts.org
  5. Reger, D. L., Goode, S. R. e Ball, D. W. (2009). Química: Princípios e Prática. Obtido em books.google.co.ve