Estrutura atômica

  1. Cronologia
  2. Carga elétrica
  3. Camadas eletrônicas
  4. Subníveis de energia
  5. Preenchimento dos subníveis
  6. Orbitais
  7. Spin
  8. Princípio da exclusão de Pauli
  9. Regra de Hund
  10. Elétron de diferenciação

Cronologia

450 a.C. - Leucipo
A matéria pode se dividir em partículas cada vez menores.

400 a.C. - Demócrito
Denominação átomo para a menor partícula de matéria. Considerado o pai do atomismo grego.

60 a.C. - Lucrécio
Autor do poema De Rerum Natura, através do qual foi consolidado o atomismo de Demócrito.

1661 - Boyle
Autor do livro Sceptical chemist, no qual defendeu o atomismo e deu o primeiro conceito de elemento com base experimental.

1808 - Dalton
Primeiro modelo atômico com base experimental. O átomo é uma partícula maciça e indivisível. O modelo vingou até 1897.

1834 - Faraday
Estudo quantitativo de eletrólise, através do qual surgiu a idéia da eletricidade associada aos átomos.

1859
Primeiras experiências de descargas elétricas em gases a pressão reduzida (ao redor de 10 mmHg). Descoberta dos "raios" posteriormente chamados catódicos.

1874 - Stoney
Admitiu que a eletricidade estava associada aos átomos em quantidades discretas. Primeira idéia de quantização da carga elétrica.

1879 - Crookes
Primeiras experiências de descarga elétrica a alto vácuo.

1886 - Goldstein
Descargas elétricas em gases a pressão reduzida com cátodo perfurado. Descoberta dos raios canais ou positivos.

1891 - Stoney
Deu o nome de elétron para a unidade de carga elétrica negativa.

1895 - Röentgen
Descoberta dos raios X.

1896 - Becquerel
Descoberta da radioatividade.

1897 - Thomson
Descargas elétricas em alto vácuo (tubos de Crookes) levaram à descoberta do elétron. O átomo seria uma partícula maciça, mas não indivisível. Seria formado por uma geléia com carga positiva, na qual estariam incrustados os elétrons (modelo do pudim de passas). Determinação da relação carga/massa (e/m) do elétron.

1898 - Casal Curie
Descoberta do polônio e do rádio.

1900 - Max Planck
Teoria dos quanta.

1905 - Einstein
Teoria da relatividade. Relação entre massa e energia (e = mc2). Esclarecimento do efeito fotoelétrico. Denominação fóton para o quantum de energia radiante.

1909 - Millikan
Determinação da carga do elétron.

1911 - Rutherford
O átomo não é maciço nem indivisível. O átomo seria formado por um núcleo muito pequeno, com carga positiva, onde estaria concentrada praticamente toda a sua massa. Ao redor do núcleo ficariam os elétrons, neutralizando sua carga. Este é o modelo do átomo nucleado, um modelo que foi comparado ao sistema planetário, onde o Sol seria o núcleo e os planetas seriam os elétrons.

1913 - Bohr
Modelo atômico fundamentado na teoria dos quanta e sustentado experimentalmente com base na espectroscopia. Distribuição eletrônica em níveis de energia. Quando um elétron do átomo recebe energia, ele salta para outro nível de maior energia, portanto mais distante do núcleo. Quando o elétron volta para o seu nível de energia primitivo (mais próximo do núcleo), ele cede a energia anteriormente recebida sob forma de uma onda eletromagnética (luz).

1916 - Sommerfeld
Modelo das órbitas elípticas para o elétron. Introdução dos subníveis de energia.

1920 - Rutherford
Caracterização do próton como sendo o núcleo do átomo de hidrogênio e a unidade de carga positiva. Previsão de existência do nêutron.

1924 - De Broglie
Modelo da partícula-onda para o elétron.

1926 - Heisenberg
Princípio da incerteza.

1927 - Schrödinger
Equação de função de onda para o elétron.

1932 - Chadwick
Descoberta do nêutron.

Carga elétrica

Natureza Valor relativo Massa relativa
Próton Positiva +1 1
Nêutron Não existe 0 1
Elétron Negativa -1 1/1836

Camadas eletrônicas

Os elétrons estão distribuídos em camadas ou níveis de energia:

núcleo

camada
K L M N O P Q
1 2 3 4 5 6 7
nível

Número máximo de elétrons nas camadas ou níveis de energia:

K L M N O P Q
2 8 18 32 32 18 2

Subníveis de energia

As camadas ou níveis de energia são formados de subcamadas ou subníveis de energia, designados pelas letras s, p, d, f.

Subnível s p d f
Número máximo de elétrons 2 6 10 14

Subníveis conhecidos em cada nível de energia:

Subnível 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s
Nível 1 2 3 4 5 6 7
K L M N O P Q

Subníveis em ordem crescente de energia:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d

Preenchimento dos subníveis

Os subníveis são preenchidos sucessivamente, na ordem crescente de energia, com o número máximo de elétrons possível em cada subnível. (Regra de aufbau)
Os números quânticos indicam a energia do elétron no átomo e a região de máxima probabilidade de se encontrar o elétron.
O número quântico principal (n) indica o nível de energia. Varia de n = 1 a n = ¥, respectivamente, no 1º, 2º, 3º, ... nível de energia.
O número máximo de elétrons em cada nível é dado por 2n2. Entre os átomos conhecidos, no estado fundamental, o número máximo de elétrons num mesmo nível é 32.
O número quântico secundário ou azimutal (l) indica a energia do elétron no subnível. Nos átomos conhecidos, no estado fundamental, há quatro subníveis, representados por s, p, d, f, em ordem crescente de energia.

Subnível s p d f
Número quântico azimutal l = 0 l = 1 l = 2 l = 3

Orbitais

Os subníveis são formados de orbitais. Orbital é a região da eletrosfera onde há maior probabilidade de estar localizado o elétron do átomo. O número máximo de elétrons em cada orbital é 2.
A cada orbital foi atribuído um número quântico magnético (m) cujo valor varia de -l a +l, passando por zero.

subnível s um só orbital s (0)
subnível p três orbitais p (-1) (0) (+1)
subnível d cinco orbitais d (-2) (-1) (0) (+1) (+2)
subnível f sete orbitais f (-3) (-2) (-1) (0) (+1) (+2) (+3)

O orbital s tem forma esférica. Os orbitais p têm forma de duplo ovóide e são perpendiculares entre si (estão dirigidos segundo três eixos ortogonais x, y e z.

Spin

Spin é o movimento de rotação do elétron em torno de seu eixo. Pode ser paralelo ou antiparalelo. A cada um deles foi atribuído um número quântico: + 1/2 e -1/2.

Princípio da exclusão de Pauli

Em um mesmo átomo, não existem dois elétrons com quatro números quânticos iguais.
Como conseqüência desse princípio, dois elétrons de um mesmo orbital têm spins opostos.
Um orbital semicheio contém um elétron desemparelhado; um orbital cheio contém dois elétrons emparelhados (de spins opostos).

Regra de Hund

Ao ser preenchido um subnível, cada orbital desse subnível recebe inicialmente apenas um elétron; somente depois de o último orbital desse subnível ter recebido seu primeiro elétron começa o preenchimento de cada orbital semicheio com o segundo elétron.

Elétron de maior energia ou elétron de diferenciação é o último elétron distribuído no preenchimento da eletrosfera, de acordo com as regras estudadas.