O que é notação espectral? - Ciência - 2023
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o notação espectral é o arranjo dos elétrons em níveis de energia ao redor do núcleo de um átomo. De acordo com o antigo modelo atômico de Bohr, os elétrons ocupam vários níveis nas órbitas ao redor do núcleo, desde a primeira camada mais próxima do núcleo, K, até a sétima camada, Q, que é a mais distante do núcleo.
Em termos de um modelo de mecânica quântica mais refinado, as camadas K-Q são subdivididas em um conjunto de orbitais, cada um dos quais pode ser ocupado por, no máximo, um par de elétrons.
Comumente, a configuração eletrônica é usada para descrever os orbitais de um átomo em seu estado fundamental, mas também pode ser usada para representar um átomo que se ionizou em um cátion ou ânion, compensando a perda ou ganho de elétrons em seus respectivos orbitais.
Muitas das propriedades físicas e químicas dos elementos podem ser correlacionadas às suas configurações eletrônicas exclusivas. Os elétrons de valência, os elétrons na camada mais externa, são o fator determinante para a química única do elemento.
Quando os elétrons na camada mais externa de um átomo recebem algum tipo de energia, eles se movem para camadas de energia superior. Assim, um elétron na camada K será transferido para a camada L enquanto estiver em um estado de energia superior.
Quando o elétron retorna ao seu estado fundamental, ele libera a energia que absorveu, emitindo um espectro eletromagnético (luz).Como cada átomo tem 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 do elétron.
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 cumpre a equação de Schrödinger. Cada elétron em um átomo possui 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 provável localização dos elétrons no átomo.
Os números quânticos também são usados para determinar outras características dos átomos, como energia de ionização e raio atômico.
Os números quânticos designam camadas, subcamadas, orbitais e spins específicos dos elétrons.
Isso significa que eles descrevem completamente as características de um elétron em um átomo, ou seja, eles descrevem cada solução única para a equação de Schrödinger, ou a função de onda, dos elétrons em um átomo.
Há um total de quatro números quânticos: o número quântico principal (n), o número quântico do momento angular orbital (l), o número quântico magnético (ml) e o número quântico de spin do elétron (ms).
O número quântico principal, nn, descreve a energia de um elétron e a distância mais provável do elétron do núcleo. Em outras palavras, refere-se ao tamanho do orbital e ao nível de energia no qual 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 em uma subcamada, e ms se refere ao spin do elétron, que pode ser para cima ou para baixo.
Princípio Aufbau
Aufbau vem da palavra alemã "Aufbauen" que significa "construir". Em essência, ao escrever configurações eletrônicas, estamos construindo orbitais de elétrons 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 origina-se do princípio de exclusão de Pauli, que diz que não há dois férmions (por exemplo, elétrons) em um átomo.
Eles podem ter o mesmo conjunto de números quânticos, portanto, precisam se "empilhar" em níveis de energia mais elevados. Como os elétrons se acumulam é uma questão de configurações eletrônicas.
Os átomos estáveis têm tantos elétrons quanto os prótons no núcleo. Os elétrons se reúnem ao redor do núcleo em orbitais quânticos seguindo quatro regras básicas chamadas de princípio de Aufbau.
- Não há dois elétrons no átomo que compartilhem os mesmos quatro números quânticos n, l, m e s.
- Os elétrons ocuparão primeiro os orbitais de menor nível de energia.
- Os elétrons sempre preencherão os orbitais com o mesmo número de spin. Quando os orbitais estiverem cheios, ele 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 n inferiores.
A segunda e a quarta regras são basicamente as mesmas. Um exemplo de regra quatro seriam os orbitais 2p e 3s.
Um orbital 2p é n = 2 e l = 2 e um orbital 3s é n = 3 e l = 1. (N + l) = 4 em ambos os casos, mas o orbital 2p tem a energia mais baixa ou valor ny mais baixo e preencherá antes do camada 3s.
Felizmente, o diagrama de Moeller mostrado na Figura 2 pode ser usado para fazer o preenchimento de 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 que se sabe que a ordem dos orbitais foi preenchida, a única coisa que resta é memorizar o tamanho de cada orbital.
Os orbitais S têm 1 valor possível de meu para reter 2 elétrons
Orbitais P têm 3 valores possíveis de meu para reter 6 elétrons
Orbitais D têm 5 valores possíveis de meu para reter 10 elétrons
Os orbitais F têm 7 valores possíveis de meu para reter 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 s tem dois elétrons, então restam cinco elétrons.
O próximo orbital é o orbital 2s e contém os dois próximos. Os três elétrons finais irão para o orbital 2p, que pode conter até seis elétrons.
Regras Hund
A seção de Aufbau discutiu como os elétrons preenchem os orbitais de energia mais baixa primeiro e depois se movem para os orbitais de energia mais alta somente depois que os orbitais de energia mais baixa estão cheios.
No entanto, há um problema com essa regra. Certamente, os orbitais 1s devem ser preenchidos antes dos orbitais 2s, porque os orbitais 1s têm um valor menor de n e, portanto, uma energia menor.
E os três orbitais 2p diferentes? Em que ordem eles devem ser preenchidos? A resposta a esta 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 o mesmo spin (para maximizar o spin total).
Quando os elétrons são atribuídos a orbitais, um elétron primeiro procura preencher todos os orbitais com energia semelhante (também chamados orbitais degenerados) antes de emparelhar com outro elétron em um orbital meio cheio.
Os átomos nos estados fundamentais tendem a ter tantos elétrons desemparelhados quanto possível. Ao visualizar esse processo, considere como os elétrons exibiriam o mesmo comportamento que os mesmos pólos de um ímã se entrassem em contato.
Quando elétrons carregados negativamente preenchem os orbitais, eles primeiro tentam se afastar um do outro o máximo possível antes de formar pares.
Referências
- Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, 24 de março). Números quânticos. Recuperado de chem.libretexts.org.
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- Helmenstine, T. (2017, 7 de março). O Princípio Aufbau - Estrutura Eletrônica e o Princípio Aufbau. Recuperado de thinkingco.com.
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- Notação espectroscópica. (S.F.). Recuperado de bcs.whfreeman.com.