Prof. Cristian Berto da Silveira QUÍMICA GERAL UNIDADE 2 - NÚMEROS QUÂNTICOS.
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Prof. Cristian Berto da Silveira
QUÍMICA GERAL
UNIDADE 2 - NÚMEROS QUÂNTICOS
Química Geral
PARTÍCULAS ATÔMICAS
NÚCLEO ELETROSFERA
NÚCLEO: Contém Prótons e Nêutrons.
ELÉTROSFERA: Contém Elétrons.
Partículas Carga Relativa Massa Relativa
Prótons + 1 1
Nêutrons 0 1
Elétrons - 1 1/1840
REVISÃO
Química Geral
NÚMERO ATÔMICO E MASSA ATÔMICAS
ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
ÁTOMO DE HÉLIO
ÁTOMO DE SÓDIO
1 Próton
Nenhum Nêutron
1 Elétron
2 Prótons
2 Nêutrons
2 Elétrons
11 Prótons
12 Nêutrons
11 Elétrons
Número Atômico = 1
Número Massa = 1
Número Atômico = 2
Número Massa = 4
Número Atômico = 11
Número Massa = 23
Química Geral
Número Atômico (Z) = É o número correspondente à carga nuclear, ou seja, o número de prótons existente no núcleo.
Número Massa (A) = É o número correspondente à soma das quantidades de prótons e de nêutrons existentes no núcleo.
Z = p
Z = Número Atômico.
p = Número de Prótons.
A = p + n
A = Número de Massa.
p = Número de Prótons.
n = Número de Nêutrons.
Química Geral
Exercícios
1. O átomo de magnésio apresenta doze prótons e doze nêutrons. Qual o número atômico e o número de massa deste elemento?
2. Descobrir o número de prótons, de nêutrons e de elétrons do átomo de carbono que apresenta Z = 6 e A = 13.
Química Geral
UNIDADE 2 - NÚMEROS QUÂNTICOS
2 - Números Quânticos
As teorias da MECÂNICA QUÂNTICA, definidas por Planck, De Broglie, Schrödinger e Heisemberg, dentre outras, auxiliaram na identificação dos elétrons.
Os NÚMEROS QUANTICOS são os modelos que nos auxiliam na localização
e identificação da posição do elétron na orbita de um átomo.
1. Números Quânticos Principal (n);
2. Números Quânticos Secundário (l);
3. Números Quânticos Magnético (ml);
4. Números Quânticos Spin (ms);
Química Geral
1. Números Quânticos Principal (n): É um número inteiro que representa os níveis de energia, desde n = 1, para o primeiro nível; n = 2 para o segundo nível e assim até o infinito.
Como nos átomos conhecidos número máximo de camada é igual a 7, o NÚMERO QUÂNTICO PRINCIPAL VARIA DE 1 A 7.
1 2 3 4 5 6 7
O NÚMERO QUÂNTICO PRINCIPAL foi deduzido independentemente por Bohr e Schrödinger, pela fórmula:
E = - 2.π2 . m . e4 . Z2
n2. h2
E = energia de uma camada;
m = massa de um elétron;
e = carga de um elétron;
Z = número atômico;
h = constante de Planck;
n número quântico principal;
Química Geral
O cientista Sueco Johannes Robert Rydberg definiu o número máximo de elétrons nas camada.
Número máximo de elétrons nas camadas = 2n2
Camada Número Quântico Principal
(n)
Número máximo de elétron (Teórico)
(2n2)
Número máximo de elétron (Prática)
(2n2)
K 1 2.12 = 2 2
L 2 2.22 = 8 8
M 3 2.32 = 18 18
N 4 2.42 = 32 32
O 5 2.52 = 50 32
P 6 2.62 = 72 18
Q 7 2.72 = 98 2
Química Geral
Exercícios
3. Qual o número máximo de elétrons nas camadas atômicas K, M, O e Q?
4. Se o número quântico principal de um elétron for igual a 6 ele estará localizado em que camada?
2. Números Quânticos Secundário (l): Também conhecido como número quântico de momento angular do orbital. Caracteriza a uma subdivisão de energia dentro de cada camada, revelando, desta maneira a existência do Subnível de Energia.
l = 0; 1; 2; ...; n - 1
l = 0; l = 1; l = 2; l = 3;
Química Geral
Camada Subníveis Existentes na Camada Quantidade de Subníveis na Camada
K (n = 1) s (l = 0); 1
L (n = 2) s (l = 0); p (l = 1) 2
M (n = 3) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); 3
N (n = 4) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); f (l = 3) 4
O (n = 5) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); f (l = 3) 4
P (n = 6) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); 3
Q (n = 7) s (l = 0); 1
l = 0 indica o subnível s
l = 1 indica o subnível p
l = 2 indica o subnível d
l = 3 indica o subnível f
Química Geral
1 K
2 L
3 M
4 N
5 O
6 P
7 Q
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
3d
4d
5d
6d
4f
4f
Química Geral
Cada subnível pode representar um ou mais orbitais, sendo que, O NÚMERO
MÁXIMO DE ORBITAIS É CALCULADO PELA EXPRESSÃO:
2l + 1
l = 0 (2.0 +1) = 1 - corresponde ao subnível s
l = 1 (2.1 +1) = 3 - corresponde ao subnível p
l = 2 (2.2 +1) = 5 - corresponde ao subnível d
l = 3 (2.3 +1) = 7 - corresponde ao subnível f
s
p
d
f
Química Geral
O NÚMERO MÁXIMO DE ELÉTRONS NO SUBNÍVEL É CALCULADO PELA EXPRESSÃO:
2.(2l + 1)
l = 0 2. (2.0 +1) = 2 ELÉTRONS
l = 1 2. (2.1 +1) = 6 ELÉTRONS
l = 2 2. (2.2 +1) = 10 ELÉTRONS
l = 3 2. (2.3 +1) = 14 ELÉTRONS
s
p
d
f
O NÚMERO MÁXIMO DE ELÁTRONS NAS CAMADAS 32
Química Geral
1 K
2 L
3 M
4 N
5 O
6 P
7 Q
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
3d
4d
5d
6d
4f
4f
2 elétrons
8 elétrons
18 elétrons
32 elétrons
32 elétrons
18 elétrons
2 elétrons
Química Geral
Exercícios
5. Determine em que camada se localiza o elétron que apresenta:
a) n = 2;
b) n = 4;
c) n = 6;
d) n = 7;
6. Indique a camada e o subnível em que se localiza o elétron que apresenta os seguintes números quânticos:
a) n = 2; l = 1;
b) n = 4; l = 0;
c) n = 6; l = 3;
d) n = 3; l = 2;
Química Geral
7. Quantos elétrons podem apresentar nas camadas abaixo:
a) n = 2;
b) n = 4;
c) n = 6;
d) n = 7;
Química Geral
3. Números Quânticos Magnético (ml): Caracteriza o orbital em que existe a probabilidade de se encontrar o elétrons. O número quântico magnético assume valores positivos e negativos.
l = 0 (2.0 +1) = 1 - corresponde ao subnível s
l = 1 (2.1 +1) = 3 - corresponde ao subnível p
l = 2 (2.2 +1) = 5 - corresponde ao subnível d
l = 3 (2.3 +1) = 7 - corresponde ao subnível f
s
ml = 0
d
ml = -2, -1, 0, 1, 2
f
ml = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3
p
ml = -1, 0, 1
Química Geral
4. Números Quânticos Spin (ms): De acordo com a mecânica quântica um elétron tem dois estados de spin representados pelas setas sendo que estas setas só podem assumir dois valores +1/2 e -1/2.
Química Geral
Exercícios
8. Os três números quânticos de um elétron em um determinado estado são: n = 4; l = 2; ml = -1. Em que tipo de orbital este elétrons está localizado?
9. Localizar o elétron representado pelos números quânticos n = 5; l = 2; ml = 1 e ms = 1/2.
10. Indicar os números quânticos do elétron situado na camada L, subnível p e orbital central.
Química Geral
Química Geral
Sequência de Energia dos Subnívies.
Linus Pauling (1901 a 1994): Químico norte americano desenvolveu a metodologia prática que fornece a ordem crescente de energia dos subníveis.
Tem maior energia o elétron que apresenta a maior soma dos números quânticos principal e secundário ( n + l).
Exemplo1: Entre os subníveis 5d e 6s qual o de maior energia?
5d - n = 5; l = 2. n + l = 7.
6s - n = 6; l = 0. n + l = 6.5d é o de maior energia.
Exemplo2: Entre os subníveis 4p e 5s qual o de maior energia?
4p - n = 4; l = 1. n + l = 5.
5s - n = 5; l = 0. n + l = 5.
5s é o de maior energia, pois apresenta maior número quântico principal.
Química Geral
1 K
2 L
3 M
4 N
5 O
6 P
7 Q
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
3d
4d
5d
6d
4f
4f
2 elétrons
8 elétrons
18 elétrons
32 elétrons
32 elétrons
18 elétrons
2 elétrons
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d10, 6p6, 7s2...
Química Geral
Regra de Hund: Princípio da Máxima Multiplicidade.
A distribuição dos elétrons é feita em duas etapas:
1. Coloca-se inicialmente um elétron em cada orbital, este deve apresentar spins paralelos;
2. Após cada orbital, do mesmo subnível, apresentar um elétron inicia-se o emparelhamento dos demais.
1 Elétron
2 Elétrons
3 Elétrons
5 Elétrons
Química Geral
11. Fazer a distribuição eletrônica para os átomos abaixo. Identificar o última camada, e o subnível mais energético.
a) Na (Z=11); b) Mn (Z=25); c) Co (Z=27).
Química Geral
IMPORTANTE: OS ELÉTRONS MAIS EXTERNOS SÃO USADOS NA FORMAÇÃO DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS. A TEORIA QUE DEFINE ESTAS
LIGAÇÕES É CONHECIDA COMO TEORIA DA LIGAÇÃO PELA VALÊNCIA.
11. Fazer a distribuição eletrônica para os átomos dos gases nobres, dos metais
alcalinos, alcalinos terrosos e halogênios.
Química Geral
GEOMETRIA DOS ORBITAIS
É a região do espaço onde existe a máxima probabilidade de se encontrar um elétron.
Ψv = [2/L]1/2 . sen [n πk/L]
Ψv = Função de Onda;
L = Comprimento;
n = número quântico;
Schrödinger 1927
+
n = 1n = 2
n = 3
1s
2s
3s
Química Geral
ORBITAL ATÔMICO S
Probabilidade de se encontrar o elétron = 2
Química Geral
Nós 2 =0
Química Geral
+
n = 1
n = 2
n = 3
O orbital “p” existe a partir da secunda camada (n = 2, 3, ...)
3px 3py 3pz
2px 2py 2pz
Química Geral
ORBITAL ATÔMICO P
Química Geral
+
n = 1n = 2
n = 3
3dz2 3dxz 3dyz 3dxy 3dx2-y2
Química Geral
ORBITAL ATÔMICO D
O orbital “p” existe a partir da terceira camada (n = 3, 4, 5...)
Química Geral
Do not appear until the 4th shell and higher
Química Geral
ORBITAL ATÔMICO F