Learning Objective
- Determinar a configuração dos electrões para elementos e iões, identificando a relação entre cascas de electrões e sub-cascas.
Pontos-chave
- Se a energia de um átomo é aumentada, um electrão no átomo fica excitado. Para voltar ao seu estado de terra, o electrão liberta energia. A energia da luz libertada quando um electrão cai no nível energético é a mesma que a diferença de energia entre os dois níveis.
- Visto simplesmente, os electrões estão dispostos em conchas em torno do núcleo de um átomo. Os elétrons mais próximos do núcleo terão a menor energia. Os elétrons mais distantes do núcleo terão energia mais alta. A casca de elétrons de um átomo pode acomodar 2n2 elétrons (onde n é o nível da casca).
- Num modelo mais realista, os elétrons se movem em orbitais atômicos, ou sub-cascas. Existem quatro formas orbitais diferentes: s, p, d e f. Dentro de cada concha, a subesfera do s está a uma energia inferior à do p. Um diagrama orbital é usado para determinar a configuração eletrônica de um átomo.
- Existem diretrizes para determinar a configuração eletrônica de um átomo. Um electrão deslocar-se-á para o orbital com a energia mais baixa. Cada orbital pode conter apenas um par de elétrons. Os electrões irão separar o máximo possível dentro de uma shell.
Terms
- quantizationO processo de aproximação de um sinal contínuo por um conjunto de símbolos discretos ou valores inteiros.
- frequênciaO número de ocorrências de um evento de repetição por unidade de tempo.
Energia dos elétrons em Orbitais Atômicos
A estrutura central de um átomo é o núcleo, que contém prótons e nêutrons. Este núcleo é rodeado por elétrons. Embora todos estes elétrons tenham a mesma carga e a mesma massa, cada elétron em um átomo tem uma quantidade diferente de energia. Os elétrons com a menor energia encontram-se mais próximos do núcleo, onde a força atrativa do núcleo com carga positiva é a maior. Os elétrons que têm maior energia são encontrados mais longe.
Energia Quantização
Quando a energia de um átomo é aumentada (por exemplo, quando uma substância é aquecida), a energia dos elétrons dentro do átomo também é aumentada – isto é, os elétrons ficam excitados. Para que o electrão excitado volte à sua energia original, ou estado de terra, ele precisa de libertar energia. Uma forma de um electrão libertar energia é através da emissão de luz. Cada elemento emite luz a uma frequência específica (ou cor) no aquecimento que corresponde à energia da excitação electrónica.
É útil pensar nisto como subir um lance de degraus. Se você não levantar o pé o suficiente, você vai chocar com o degrau e ficar preso ao nível do chão. Você precisa levantar o pé até a altura do degrau para seguir em frente. O mesmo vale para os elétrons e a quantidade de energia que eles podem ter. Esta separação dos electrões em unidades de energia chama-se quantização de energia porque existem apenas certas quantidades de energia que um electrão pode ter num átomo. A energia da luz liberada quando um elétron cai de um nível de energia mais alto para um nível de energia mais baixo é a mesma que a diferença de energia entre os dois níveis.
Electron Shells
Comecemos com uma forma muito simples de mostrar a disposição dos elétrons em torno de um átomo. Aqui, os elétrons estão dispostos em níveis de energia, ou conchas, ao redor do núcleo de um átomo. Os elétrons que estão no primeiro nível de energia (nível de energia 1) estão mais próximos do núcleo e terão a menor energia. Elétrons mais afastados do núcleo terão energia mais alta. O escudo de elétrons de um átomo pode acomodar 2n2 elétrons, onde n é o nível de energia. Por exemplo, a primeira concha pode acomodar 2 x (1)2 ou 2 elétrons. A segunda concha pode acomodar 2 x (2)2, ou 8, electrões.
Como exemplo, flúor (F), tem um número atômico de 9, o que significa que um átomo de flúor neutro tem 9 elétrons. Os primeiros 2 elétrons são encontrados no primeiro nível de energia, e os outros 7 são encontrados no segundo nível de energia.
Atomic Orbitals
Though electrons can be represented simply as circling the nucleus in rings, in reality, electrons move-se ao longo de caminhos que são muito mais complicados. Estes caminhos são chamados de orbitais atômicos, ou sub-camadas. Existem várias formas orbitais diferentes – s, p, d e f – mas, por enquanto, vamos nos concentrar principalmente em s e p orbitais. O primeiro nível de energia contém apenas um s orbital, o segundo nível de energia contém um s orbital e três p orbitais, e o terceiro nível de energia contém um s orbital, três p orbitais, e cinco d orbitais. Dentro de cada nível de energia, o orbital s está a uma energia inferior à dos orbitais p.
Um diagrama orbital ajuda a determinar a configuração eletrônica de um elemento. A configuração eletrônica de um elemento é a disposição dos elétrons na casca. Existem algumas diretrizes para trabalhar esta configuração:
- Cada orbital pode conter apenas dois elétrons. Os electrões que ocorrem juntos num orbital são chamados um par de electrões.
- Um electrão tentará sempre entrar no orbital com a menor energia.
- Um electrão pode ocupar um orbital sozinho, mas prefere ocupar um orbital de menor energia com outro electrão antes de ocupar um orbital de maior energia. Por outras palavras, dentro de um nível de energia, os electrões irão preencher um s orbital antes de começarem a preencher os orbitais p.
- A subesfera pode conter 2 electrões.
- As subesferas p podem conter 6 electrões.
Configurações de electrões podem ser usadas para racionalizar as propriedades químicas tanto na química inorgânica como na orgânica. Também é usado para interpretar espectros atômicos, o método usado para medir a energia da luz emitida por elementos e compostos.