Planejativo

Números quânticos

Modelos atômicos

Distribuição eletrônica

Classificação periódica

Propriedades periódicas

Ligações químicas

Geometria molecular

Hibridização de orbitais

Forças intermoleculares

Radioatividade

Propriedades da matéria

Substâncias puras e misturas

Materiais de laboratório

Tratamento da água e do esgoto

Estudo dos ácidos

Estudo das bases

Potencial hidrogeniônico (pH) e Indicadores ácido-base

Estudo dos sais

Estudo dos óxidos

Ácidos, bases, sais e óxidos importantes

Reações inorgânicas

Grandezas químicas

Fórmulas químicas

Balanceamento de reações

Cálculo estequiométrico

Reagente limitante ou em excesso

Variáveis de estado e Transformações gasosas

Densidade, Efusão e Difusão de gases

Poluição ambiental, Efeito estufa e Chuvas ácidas

Mistura dos gases

Polaridade das ligações e das moléculas

Separação de misturas

Pureza e Rendimento

Leis ponderais

Alguns pontos-chave dessa matéria para o ENEM que devem ser levados em conta ao estudarmos são:

Os números quânticos são um conjunto de valores utilizados para descrever o estado quântico de um elétron em um átomo, incluindo informações sobre sua energia, momento angular e orientação espacial. Eles são fundamentais para a compreensão da estrutura atômica e para a química quântica. Fonte na própria imagem.

Os números quânticos são um conjunto de códigos matemáticos que ajudam a caracterizar a energia e a posição dos elétrons em um átomo. Para entender melhor, pense nos elétrons como pequenas partículas que ficam "orbitando" ao redor do núcleo do átomo, como planetas em órbita ao redor do sol.

Os elétrons não podem ficar em qualquer lugar ao redor do núcleo, eles ocupam certas regiões específicas que chamamos de orbitais. Essas orbitais são determinadas pelos números quânticos, que são quatro no total: o número quântico principal (n), o número quântico secundário ou azimutal (l), o número quântico magnético (m) e o número quântico spin (s).

O número quântico principal (n) está relacionado com a energia do elétron e indica em qual camada ele está. Por exemplo, um elétron com n = 1 está na camada mais próxima do núcleo, enquanto um elétron com n = 2 está em uma camada mais afastada. O número quântico secundário ou azimutal (l) está relacionado com a forma da orbital e determina o formato da região em que o elétron se encontra. O número quântico magnético (m) indica a orientação espacial da orbital em relação aos eixos do espaço. Por fim, o número quântico spin (s) indica a direção do spin do elétron, que é uma propriedade intrínseca da partícula.

Por exemplo, um elétron que está em uma orbital com os números quânticos n = 2 e l = 1 é chamado de elétron "2p". Essa orbital tem um formato específico, que parece um "oito" deitado, e o elétron pode estar orientado em três diferentes direções no espaço.

O estudo dos números quânticos é importante porque eles são usados para entender a estrutura atômica e molecular. Além disso, a compreensão dos números quânticos é essencial para a análise de fenômenos como a espectroscopia, que é uma técnica usada para estudar a interação da luz com a matéria e obter informações sobre a estrutura atômica e molecular.

Em resumo, os números quânticos são códigos matemáticos que ajudam a descrever onde os elétrons estão localizados em torno do núcleo do átomo. Eles são fundamentais para entender a estrutura atômica e molecular e são amplamente usados em áreas como a Química e a Física.

A Regra de Hund, também conhecida como Princípio da Máxima Multiplicidade, é uma diretriz usada para determinar a distribuição eletrônica dos átomos nas subcamadas eletrônicas, especificamente quando os elétrons ocupam orbitais degenerados, ou seja, orbitais com o mesmo nível de energia. Fonte: 

A Regra de Hund estabelece que, ao preencher orbitais degenerados em uma mesma subcamada, os elétrons devem ocupar primeiro os orbitais vazios com o mesmo spin (geralmente representado por uma seta para cima) antes de começarem a preencher os orbitais com elétrons de spin oposto (seta para baixo). Isso acontece porque os elétrons são partículas com carga negativa e tendem a se repelir mutuamente. Portanto, distribuí-los em orbitais separados com o mesmo spin minimiza a repulsão entre eles e resulta em uma configuração de energia mais estável.

Vamos considerar um exemplo usando o elemento enxofre, que possui 16 elétrons. Seguindo a Regra do Aufbau, a distribuição eletrônica até a subcamada 3p seria: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. Para distribuir os elétrons na subcamada 3p, aplicamos a Regra de Hund:

Seguindo a Regra de Hund, a distribuição eletrônica completa do enxofre é: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴, onde os elétrons na subcamada 3p estão distribuídos em orbitais de acordo com o princípio da máxima multiplicidade.

A Regra de Hund é essencial para prever a distribuição eletrônica correta dos átomos e, consequentemente, entender suas propriedades químicas e reatividade.

O Princípio da Exclusão de Pauli é uma regra fundamental da mecânica quântica que se aplica aos elétrons e outras partículas chamadas de fermions. Este princípio foi proposto pelo físico austríaco Wolfgang Pauli em 1925 e é essencial para entender a estrutura dos átomos e a distribuição eletrônica.

O Princípio da Exclusão de Pauli estabelece que dois elétrons em um átomo não podem ter os mesmos quatro números quânticos simultaneamente. Os números quânticos são parâmetros que descrevem o estado de um elétron em um átomo:

De acordo com o Princípio da Exclusão de Pauli, cada orbital em um átomo pode ser ocupado por, no máximo, dois elétrons com spins opostos. Por exemplo, em um orbital "s", pode haver um elétron com spin up (+1/2) e outro com spin down (-1/2), mas não dois elétrons com o mesmo spin.

Esse princípio tem implicações significativas na organização dos elétrons nos átomos e, consequentemente, nas propriedades químicas dos elementos. Ao aplicar o Princípio da Exclusão de Pauli em conjunto com outras regras, como a Regra do Aufbau e a Regra de Hund, é possível determinar corretamente a distribuição eletrônica dos átomos e compreender a base das interações químicas e ligações entre os elementos.

Os números quânticos serão mais bem estudados em uma aula futura, mas os conceitos aqui vistos serão essenciais para a compreensão em aulas posteriores.

Iremos usar o Hélio como exemplo para explicar melhor os diferentes tipos de números quânticos. Fonte: 

O número quântico principal é um valor que identifica a camada energética do elétron em torno do núcleo do átomo. Ele é representado por "n" e é sempre um número positivo diferente de zero. Cada camada eletrônica é designada por uma letra, que corresponde a um valor específico de "n". A letra "K" representa a camada mais interna e tem "n" igual a 1. À medida que nos afastamos do núcleo, as camadas subsequentes são representadas pelas letras "L", "M", "N", "O", "P" e "Q", respectivamente, cada uma com um valor crescente de "n".

Um exemplo de átomo que tem dois elétrons com número quântico principal igual a 1 é o Hélio, cuja distribuição eletrônica termina em 1s². Isso significa que os dois elétrons desse átomo se encontram na camada energética 1 e estão a uma distância específica em relação ao núcleo.

O número quântico secundário, também chamado de número quântico do momento angular, é responsável por indicar em qual subnível energético o elétron se encontra em um átomo. Esse valor é sempre igual ou maior que zero e está diretamente relacionado aos subníveis s, p, d e f, sendo representados por uma letra. Por exemplo, o subnível s é representado por ℓ=0 e o subnível p por ℓ=1.

O valor de ℓ também está relacionado ao número quântico principal (n), que indica a camada energética em que o elétron se encontra. Alguns estudos sugerem que, para os elementos conhecidos até hoje, o valor de ℓ é sempre igual a n-1.

Por exemplo, considerando o átomo de hélio com distribuição eletrônica 1s², os dois elétrons possuem número quântico principal n=1 e número quântico secundário ℓ=0, já que o último elétron está no subnível s.

O terceiro número do código matemático adotado para descrever a posição de um elétron em um átomo é o número quântico magnético (m). Esse número indica a região do orbital onde há maior probabilidade de encontrar o elétron. Cada subnível energético tem orbitais específicos, cada um com capacidade máxima de 2 elétrons. Para determinar o número de orbitais em cada subnível, basta dividir a capacidade máxima por 2. A tabela apresentada mostra o número de orbitais em cada subnível e a sua representação numérica e gráfica. De acordo com essa tabela, pode-se afirmar que o valor de m varia entre – ℓ e + ℓ. No caso do átomo de Hélio, cuja distribuição eletrônica termina no subnível s2, o valor de m possível é igual a 0, já que existe somente um orbital nesse subnível. Confira a tabela e a representação gráfica dos orbitais abaixo:

O número quântico magnético de spin (m

) é um dos números que determinam as propriedades dos elétrons em um átomo. Ele representa o sentido de rotação do elétron em torno do núcleo atômico e é importante para garantir que os elétrons no mesmo orbital não se repilam, pois eles giram em sentidos opostos. Para encontrar o m

, é necessário seguir a Regra de Hund, que diz que é necessário manter o maior número de elétrons desemparelhados no átomo. Para isso, deve-se preencher os orbitais com setas para cima da esquerda para a direita, e caso ainda haja elétrons a serem preenchidos, deve-se adicionar setas para baixo, também da esquerda para a direita.

Considera-se que os valores possíveis para ms são +½ (↓) e -½ (↑). No caso do átomo de hélio, cuja distribuição eletrônica é 1s

 é +½ (↓) e os números quânticos que determinam o último elétron são n = 1 (camada K), ℓ = 0 (subnível s), m = 0 (único orbital de s) e m

Exemplo de aplicação: Elétron mais energético do átomo de cobre

Para determinar os quatro números quânticos para o elétron mais energético do Cobre (Z=29), é necessário considerar a distribuição eletrônica do átomo de cobre, que é 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰. O elétron mais energético do átomo de cobre se encontra no subnível 3d¹⁰.

O primeiro número quântico é o número quântico principal (n), que indica o nível de energia em que o elétron se encontra. No caso do elétron mais energético do Cobre, o valor de n é 3, já que o elétron se encontra no subnível 3d¹⁰.

O segundo número quântico é o número quântico azimutal (l), que indica o subnível em que o elétron se encontra. No caso do elétron mais energético do Cobre, o subnível é o 3d, portanto, o valor de l é 2.

O terceiro número quântico é o número quântico magnético (m), que indica a orientação do orbital em relação aos eixos de coordenadas. Para o subnível 3d, o valor de m pode variar de -2 a +2. Como o elétron mais energético está no subnível 3d¹⁰, o valor de m é 0, indicando que o elétron se encontra em um orbital d no centro do subnível.

O quarto número quântico é o número quântico de spin (s), que indica o sentido de rotação do elétron em torno de seu próprio eixo. O valor de s é sempre +1/2 ou -1/2. Para o elétron mais energético do Cobre, o valor de s é +1/2, já que o elétron deve ter um spin oposto aos elétrons que ocupam o mesmo orbital. Portanto, os quatro números quânticos para o elétron mais energético do Cobre são: n=3, l=2, m=0 e s = +1/2.

2. Distribuição eletrônica em orbitais

A distribuição eletrônica em orbitais demonstra os elétrons dentro dos orbitais de cada subnível (s, p, d, f). Fonte: 

A distribuição eletrônica em orbitais refere-se à organização dos elétrons em torno do núcleo do átomo em regiões específicas chamadas de orbitais. Os orbitais são áreas tridimensionais onde é mais provável encontrar um elétron. Essa distribuição é fundamental para entender as propriedades químicas e físicas dos elementos e suas interações em ligações químicas e reações químicas.

Existem quatro tipos principais de orbitais, representados pelas letras s, p, d e f. Cada orbital possui uma forma e capacidade específica de acomodar elétrons:

Confira a tabela abaixo para melhor compreensão:

A distribuição eletrônica em orbitais obedece a regras específicas, como a regra de Aufbau, a regra de Hund e o princípio da exclusão de Pauli, para determinar a melhor configuração eletrônica possível para um átomo. Conhecer essa distribuição é essencial para compreender e prever o comportamento químico dos elementos na tabela periódica.

https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/distribuicao-eletronica-orbitais.htm

O átomo de boro possui número atômico 5, o que significa que tem 5 elétrons. Veja a configuração eletrônica do átomo de boro no diagrama de Linus Pauling, acima.

Ao conhecer os níveis e subníveis do átomo, bem como a quantidade de elétrons em cada um, podemos realizar a configuração eletrônica do boro em orbitais.

Nessa configuração, teremos um total de 5 orbitais: 1 orbital (correspondente ao subnível s) no primeiro nível e 4 orbitais (1 correspondente ao subnível s e 3 ao subnível p) no segundo nível. Veja essa configuração abaixo: