Qual é a configuração eletrônica externa?

A configuração eletrônica, também chamada de estrutura eletrônica, é o arranjo de elétrons em níveis de energia em torno de um núcleo atômico.

De acordo com o antigo modelo atômico de Bohr, os elétrons ocupam vários níveis em 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 de KQ são subdivididas em um conjunto de orbitais, cada um dos quais pode ser ocupado por não mais do que um par de elétrons (Encyclopædia Britannica, 2011).

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 tenha sido ionizado 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 com suas configurações eletrônicas exclusivas. Os elétrons de valência, os elétrons na camada mais externa, são o fator determinante para a química única do elemento.

Conceitos básicos de configurações eletrônicas

Antes de atribuir os elétrons de um átomo aos orbitais, deve-se familiarizar-se com os conceitos básicos das configurações eletrônicas. Cada elemento da Tabela Periódica consiste em átomos, compostos por prótons, nêutrons e elétrons.

Elétrons exibem uma carga negativa e são encontrados em torno do núcleo do átomo nos orbitais do elétron, definido como o volume de espaço no qual o elétron pode ser encontrado com 95% de probabilidade.

Os quatro tipos diferentes de orbitais (s, p, d e f) têm formas diferentes e um orbital pode conter no máximo dois elétrons. Os orbitais p, dyf têm diferentes subníveis, então eles podem conter mais elétrons.

Como indicado, a configuração eletrônica de cada elemento é única para sua posição na tabela periódica. O nível de energia é determinado pelo período e o número de elétrons é dado pelo número atômico do elemento.

Orbitais em diferentes níveis de energia são semelhantes entre si, mas ocupam diferentes áreas no espaço.

O orbital 1s e o orbital 2s têm as características de um orbital (nós radiais, probabilidades de volume esférico, eles podem conter apenas dois elétrons, etc.). Mas, como eles são encontrados em diferentes níveis de energia, eles ocupam diferentes espaços ao redor do núcleo. Cada orbital pode ser representado por blocos específicos na tabela periódica.

O bloco s é a região dos metais alcalinos incluindo hélio (Grupos 1 e 2), o bloco d são os metais de transição (Grupos 3 a 12), o bloco p são os elementos do grupo principal dos Grupos 13 a 18 E o bloco f é a série dos lantanídeos e actinídeos (Faizi, 2016).

Figura 1: elementos da tabela periódica e seus períodos que variam de acordo com os níveis de energia dos orbitais.

Princípio do Aufbau

Aufbau vem da palavra alemã "Aufbauen", que significa "construir". Em essência, ao escrever configurações eletrônicas, estamos construindo orbitais eletrônicos 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 se origina do princípio de exclusão de Pauli, segundo o qual não há dois férmions (por exemplo, elétrons) em um átomo. Eles podem ter o mesmo conjunto de números quânticos, então eles têm que "empilhar" em níveis mais altos de energia.

Como os elétrons se acumulam é um assunto de configurações eletrônicas (Aufbau Principle, 2015).

Átomos estáveis ​​têm tantos elétrons quanto os prótons no núcleo. Elétrons se reúnem em torno do núcleo em orbitais quânticos seguindo quatro regras básicas chamadas de princípio Aufbau.

  1. Não há dois elétrons no átomo que compartilham os mesmos quatro números quânticos n, l, m e s.
  2. Os elétrons ocuparão os orbitais do menor nível de energia primeiro.
  3. Os elétrons sempre preencherão os orbitais com o mesmo número de spin. Quando os orbitais estão cheios, começará.
  4. 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 de n menores.

A segunda e quarta regras são basicamente as mesmas. Um exemplo da regra quatro seria 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 o valor mais baixo n e será preenchido antes do Camada 3s.

Felizmente, o diagrama de Moeller mostrado na Figura 2 pode ser usado para preencher elétrons. O gráfico é lido executando as diagonais de 1s.

Figura 2: Diagrama de Moeller de preenchimento da configuração eletrônica.

A figura 2 mostra os orbitais atômicos e as setas seguem o caminho a seguir.

Agora que se sabe que a ordem dos orbitais está cheia, a única coisa que resta é memorizar o tamanho de cada orbital.

Orbitais S têm 1 valor possível de m l para conter 2 elétrons

Orbitais P têm 3 valores possíveis de m l para conter 6 elétrons

Orbitais D tem 5 valores possíveis de m l para conter 10 elétrons

Orbitais F tem 7 valores possíveis de m l para conter 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 tem dois elétrons, então restam cinco elétrons. O próximo orbital é o orbital 2s e contém os dois seguintes. Os três elétrons finais irão para o orbital 2p que pode conter até seis elétrons (Helmenstine, 2017).

Importância da configuração eletrônica externa

Configurações eletrônicas desempenham um papel importante na determinação das propriedades dos átomos.

Todos os átomos do mesmo grupo têm a mesma configuração eletrônica externa, com exceção do número atômico n, e por isso têm propriedades químicas similares.

Alguns dos principais fatores que influenciam as propriedades atômicas incluem o tamanho dos maiores orbitais ocupados, a energia dos orbitais de maior energia, o número de vagas orbitais e o número de elétrons nos orbitais de maior energia (Configurações de elétrons e as propriedades dos átomos, SF).

A maioria das propriedades atômicas pode estar relacionada ao grau de atração entre os elétrons mais externos ao núcleo e o número de elétrons na camada mais externa de elétrons, o número de elétrons de valência.

Os elétrons da camada externa são aqueles que podem formar ligações químicas covalentes, são aqueles que têm a capacidade de ionizar para formar cátions ou ânions e são aqueles que dão o estado de oxidação aos elementos químicos (Khan, 2014).

Eles também determinarão o raio atômico. Quando n se torna maior, o raio atômico aumenta. Quando um átomo perde um elétron, haverá uma contração do raio atômico devido à diminuição da carga negativa ao redor do núcleo.

Os elétrons da camada externa são aqueles que são levados em consideração pela teoria da ligação de valência, teoria do campo cristalino e teoria orbital molecular para obter as propriedades das moléculas e as hibridações das ligações (Bozeman Science, 2013).