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Camadas eletrônicas ou níveis de energia

Para os elementos atuais, os elétrons estão distribuídos em sete camadas eletrônicas (ou sete níveis de energia). As camadas são representadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q ou 1º, 2º, 3º, 4º, 5º, 6º e 7º níveis de energia. Até o momento, temos o seguinte número máximo de elétrons nas camadas.

Camada	Número máximo de elétrons
K	2
L	8
M	18
N	32
O	32
P	18
Q	8

Pauling apresentou esta distribuição dividida em níveis e subníveis de energia, em que os níveis são as camadas e os subníveis divisões destes (representados pelas letras s, p, d, f), possuindo cada um destes subníveis também um número máximo de elétrons.

Subnível	Número máximo de elétrons	Nomenclatura
s	2	s²
p	6	p⁶
d	10	d¹⁰
f	14	f¹⁴

Quando combinados níveis e subníveis, a tabela de distribuição eletrônica assume a seguinte configuração:

Camada	Nível	Subnível				Total de elétrons
Camada	Nível	s²	p⁶	d¹⁰	f¹⁴	Total de elétrons
K	1	1s				2
L	2	2s	2p			8
M	3	3s	3p	3d		18
N	4	4s	4p	4d	4f	32
O	5	5s	5p	5d	5f	32
P	6	6s	6p	6d		18
Q	7	7s	7p			8

Configurações electrónicas do estado fundamental segue-se um método conhecido como :

Regra de Aufbau :

Principio da construção: os e^- devem ocupar os orbitais de menor energia
Principio de exclusão de Pauli: No máximo 2 e^- por orbital, com spins emparelhados
Regra de Hund: Em orbitais de mesma energia (p, d e f). Adicionamos um e- a cada orbital até que cada um seja completado.

Diagrama de Linus Pauling

O diagrama de Pauling nada mais é do que um método de distribuir os elétrons na eletrosfera do átomo e dos íons. Este método foi desenvolvido pelo químico norte-americano Linus Pauling (1901-1994), com base nos cálculos da mecânica quântica, em virtude de este ter passado um tempo junto com seus fundadores: Borh, Shcrödinger e Heisenberg.

NÚMEROS QUÂNTICOS

Os números quânticos descrevem as energias dos elétrons nos átomos e são de enorme relevância quando se trata de descrever a posição dos elétrons nos átomos.

Introdução

Estes quatro números quânticos, além de se complementarem, nos permitem fazer uma descrição completa dos elétrons nos átomos, pois eles dizem o nível principal de energia do elétron, o subnível de energia, a orientação espacial da nuvem eletrônica e a orientação do próprio elétron na nuvem. Cada combinação dos quatro números quânticos é única para um elétron:

número quântico principal
número quântico de momento angular ou azimutal ou secundário
número quântico magnético
número quântico de spin

Estes quatro números quânticos, além de se complementarem, nos permitem fazer uma descrição completa dos elétrons nos átomos, pois eles dizem o nível principal de energia do elétron, o subnível de energia, a orientação espacial da nuvem eletrônica e a orientação do próprio elétron na nuvem. Cada combinação dos quatro números quânticos é única para um elétron.
Os primeiros três números quânticos são usados para descrever orbitais atômicos e a caracterização dos elétrons que neles se encontram. O quarto número quântico, número quântico de spin, é utilizado na descrição do comportamento específico de cada elétron. Assim, qualquer par de elétrons pode ter até três números quânticos iguais sendo que, neste caso, necessariamente, o quarto número quântico deverá ser diferente, ou seja, este par de elétrons estará ocupando o mesmo orbital sendo que os elétrons apresentam spins opostos.

Número quântico principal: n

Este número foi introduzido no terceiro postulado da teoria atômica de Niels Böhr, representando aproximadamente a distância do elétron ao núcleo. Indicando que as órbitas possíveis são aquelas em que o elétron possuí um momento angular múltiplo inteiro de h/2p, isto implica que o elétron não pode estar a qualquer distância do núcleo, mas somente em poucas regiões, chamadas de órbitas.
O Número quântico principal pode apresentar os seguintes valores: n = 1,2,3,4,5,6,7,8.
Os números fracionários, negativos e o zero, não são válidos para o número quântico principal.

Nivel de energia	n	Camada
1 °	1	K
2 °	2	L
3 °	3	M
4 °	4	N
5 °	5	O
6 °	6	P
7 °	7	Q

Quanto maior for o valor de n, maior é a distância média do elétron ao núcleo do átomo. Cada nível de energia têm um número máximo de elétrons que é calculado pela expressão 2 x n².

Número máximo de elétrons
1 ° nivel	n = 1	2 n² = 2.1² = 2
2 ° nivel	n = 2	2 n² = 2.2² = 8
3 ° nivel	n = 3	2 n² = 2.3² = 18
4 ° nivel	n = 4	2 n² = 2.4² = 32

A partir do 4 º nível (n > 4). 2 n² é o número máximo de elétrons teoricamente possível em cada nível. Entre os átomos conhecidos, em seus estados fundamentais. O número máximo de elétrons nesses níveis é:
5 ° nivel n=5 32 elétrons, 6 ° nivel n=6 18 elétrons, 7 ° nivel n=7 8 elétrons.

Número quântico secundário : l

O número quântico de momento angular, azimutal ou secondario, informa-nos sobre a forma das orbitais. Foi introduzido por Sommerfeld, pois verificou-se que um elétron, numa mesma órbita, apresentava energias diferentes. Tal fato não é possível se as órbitas forem circulares. Sommerfeld sugeriu que as órbitas são elípticas, pois elipses apresentam diferentes excentricidades, ou seja, distâncias diferentes do centro, gerando energias diferentes para uma mesma camada eletrônica.

O número quântico azimutal indica a energia do elétron no subnível. Um nível de energia n é formado por n subníveis de energia, cujos valores de l variam de 0 a (n - 1). Entre os átomos conhecidos em seus estados fundamentais, os subníveis conhecidos são quatro, com os valores de l iguais a 0, 1, 2, 3, em ordem crescente de energia.

Esses subníveis são representados pelas letras s, p, d, f, respectivamente. O nome dos orbitais (s, p, d, f) vem dos nomes dados às linhas do espectro do Hidrogênio em Inglês: s para sharp (afiado), p para principal (principal), d para diffuse (difuso), e f para fundamental (fundamental).

A representação de cada subnível é feita pelo valor de n, seguido da letra que indica o subnível (s, p, d, f).

Número quântico magnético : m

O número quântico magnético, que foi estabelecido também por Sommerfeld, especifica a orientação permitida para uma nuvem eletrônica no espaço, sendo que o número de orientações permitidas está diretamente relacionado à forma da nuvem (designada pelo valor de l). Dessa forma, este número quântico pode assumir valores inteiros de -l, passando por zero, até +l.
Por exemplo:

Para l = 0, m só pode valer 0. Só pode haver um orbital s.
Para l = 1, m pode valer -1, 0, 1. Informa que existem 3 orientações para os orbitais p.
Para l = 2, m pode valer -2, -1, 0, 1, 2. Informa que existem 5 orientações para os orbitais d.
Para l = 3, m pode valer -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3. Informa que existem 7 orientações para os orbitais f.

Número quântico de spin : S

Spin é o movimento de rotação do elétron em torno do seu eixo.

O movimento do elétron ao redor do núcleo atômico gera um campo magnético externo. Por outro lado, o movimento de rotação do elétron em torno do seu eixo gera outro campo magnético. A mecânica quântica estabelece que a interação desses dois campos magnéticos é quantizada e são possíveis apenas dois estados. Esses dois campos magnéticos ou se orientam paralelamente e no mesmo sentido ou paralelamente e em sentidos opostos. Às duas orientações do spin eletrônico estão associadas energias diferentes, embora muito próximas uma da outra. Foram introduzidos os números quânticos + ½ (↑) e – ½ (↓) para os dois spins possíveis, denominados spin paralelo e spin antiparalelo.

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