Números Quânticos
Teoria
Os números quânticos são o “endereço do elétron” ! Então imagina comigo, quando você vai falar onde você mora. Você diz a cidade que você vive, o bairro, a rua e o número da sua casa, certo? Os números quânticos identificam a localização de cada elétron na eletrosfera do átomo, eles são
- Número quântico principal
⇒ A cidade - Número quântico secundário
⇒ O bairro - Número quântico magnético
⇒ A rua - Número Quântico Spin ⇒ A casa
Imagina que na sua cidade cabem
Com os elétrons acontece a mesma coisa…vários elétrons podem ter o mesmo número quântico principal, mas quando a gente descreve a posição do elétron usando os
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Número Quântico Principal
O número quântico principal
As camadas eletrônicas
Tranquilo até aqui? Bora conhecer os outros números quânticos? Então se liga nesse vídeo super completo que o Responde Aí preparou pra você! 👇
Número Quântico Secundário
O número quântico secundário, também chamado de azimutal ou momento angular
Assim como as camadas que vimos lá em cima, os subníveis também tem uma “capacidade máxima”:
Nessa tabela abaixo eu te mostro melhor como essas subcamadas ficam organizadas:
Número Quântico Magnético
O número quântico magnético
Cada subnível tem um determinado número de orbitais, e cada orbital é representado por um número quântico magnético
- O subnível s possui 1 orbital, que é o orbital (0).
- O subnível p possui 3 orbitais, que são os orbitais (0), (+1) e (-1).
- O subnível d possui 5 orbitais, que são os orbitais (-2), (-1), (0), (+1) e (+2).
- O subnível f possui 7 orbitais, que são os orbitais (-3), (-2), (-1), (0), (+1), (+2) e (+3)
Essa imagem abaixo resume bem a ideia do número quântico magnético:
Número Quântico Spin
Cada orbital comporta 2 elétrons e o número quântico de spin (s) indica o sentido de rotação do elétron. A gente representa os orbitais e o spin da seguinte forma:
Pensa comigo, como elétrons são cargas negativas e cargas iguais se repelem, é como se dentro de cada orbital cada elétron girasse pra uma direção, um pra cima e outro pra baixo!
Regra de Hund e Princípio da Exclusão de Pauli
Aquele macete pra preencher os subníveis de energia das camadas eletrônicas na verdade está relacionada aos números quânticos de cada elétron. O que eles dizem na verdade é que os orbitais devem receber um elétron de cada vez, nunca dois ao mesmo tempo em um mesmo spin. E isso resulta nessa ordem de preenchimento que tá descrito aqui embaixo!
Bora realizar a distribuição eletrônica do ferro! O seu número atômico é igual a 26, acompanhando o sentido da seta na imagem acima, temos:
Nessa distribuição podemos identificar os 4 número quânticos que terminamos de aprender! Maneiro, não é? Agora vamos praticar com exercícios?
Número Quântico Secundário
Número Quântico Magnético
Número Quântico Spin
Regra de Hund e Princípio da Exclusão de Pauli
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria
Adicione no esquema abaixo, a representação de um subnível, com total de 6 elétrons:
Apresebte os três números quânticos do último elétron colocado, sabendo que esse subnível é da camada M.
Passo 1
A camada M é o 3º nível de energia, então seu número é n = 3.
Passo 2
A representação é do subnível d, pois possui 5 orbitais (representados pelos quadrados), portanto, seu número secundário é → ℓ= 2.
Passo 3
A ordem de colocação dos 6 elétrons no subnível obedece à regra de Hund, vamos desenhar para a representação.
Temos que ir preenchendo todos os quadrantes ao completar, retornamos até alcançar a quantidade de elétrons desejada
Portanto, o último elétron possui número quântico magnético igual a →m = -2, basta observar onde foi o último “quadrante” a apresentar 2 elétrons;
Como a seta está para baixo, e pela convenção feita, o número quântico do spin é →s = +1/2.
Resposta
N=3; l=2, m= -2; s= 1/2
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
De acordo com o modelo atômico atual, a disposição dos elétrons em torno do núcleo ocorre em diferentes estados energéticos. Para o elétron mais energético do átomo de ferro no estado fundamental, os números quânticos principal e secundário são, concomitantemente: (Z = 26)
a) 3 e 0
b) 3 e 2
c) 4 e 0
Passo 1
Primeiramente devemos realizar a distribuição eletrônica do Ferro (Z = 26) para encontrar primeiramente seu subnível mais energético ou seja a posição do elétron que será trabalhada:
1s2
2s2 2p6
3s2 3p6 3d1
4s2 3d6
Passo 2
A distribuição acabou em 3d6 sendo o mais energético. Agora vamos definir os números quânticos do elétron mais energético:
- Número quântico (n):
N=3 pois a distribuição acabou no terceiro nível (3d6).
-
Passo 3
Número quântico secundário (l) é um valor tabelado:
O l será 2 porque esse é o valor atribuído para o subnível d.
Resposta
Alternativa b
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria
O elétron mais energético de um determinado átomo apresenta o seguinte conjunto de números quânticos: n = 3; l = 0; m = 0; s = +1/2. Determine o número atômico desse átomo considerando que o primeiro elétron a ocupar um orbital possui número quântico de spin igual a +1/2.
Passo 1
Vamos relembrar o que é cada valor:
n = 3: elétron presente no terceiro nível do átomo.
L = 0: o elétron está no subnível s.
m = 0: subnível s tem apenas um orbital, seu magnético só poderá ser 0.
s = +1/2: primeiro eletron do orbital tem +1/2, ocorre um elétron no subnivel s
Passo 2
O subnível mais energético desse átomo é 3s¹.
Para acharmos o número atômico devemos realizar a distribuição eletrônica até atingir 3s¹:
1s2
2s2 2p6
3s1
Somando os elétrons utilizados, chegamos ao número 11.
Resposta
Número atômico = 11
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
Um elétron na camada N está no subnível p. Determine o valor de n e l respectivamente:
- 3,1
- 4,1
- 3,0
Passo 1
A camada N é o quarto nível eletrônico, então, o número quântico principal é: n = 4;
Passo 2
O subnível é o p, então o valor do número quântico secundário é: l = 1.
Resposta
Alternativa B
Exercício Resolvido #5
Elaboração própria
Qual é o conjunto dos quatro números quânticos que caracteriza o elétron mais energético do 19K:
Passo 1
Primeiro teremos que realizar a distribuição eletrônica no Diagrama de Pauling dos 19 elétrons do potássio.
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
Observem que o subnivel mais energético é: 4s1
Então o nível é: n =4.
Por convenção o número quântico secundário (l) para o subnível s é 0
Passo 2
Temos apenas 1 elétron que foi o último a ser preenchido e que é o mais energético, então é necessário fazer a distribuição deles nos orbitais para encontrar o número quântico magnético e o spin.
A seta a ser preenchida, que é o elétron mais energético, ficou no 0, então, o valor do número quântico magnético é: m = 0.
Como a seta esta para cima, temos por combinação que o número quântico spin é: s = -1/2.
Resposta
4,0,0,-1/2
Exercício Resolvido #6
Elaboração própria
A configuração eletrônica de um elemento químico indica a existência de 4 elétrons com número quântico principal 3 (n = 3). O elemento químico tem número atômico:
Passo 1
Primeiro teremos que realizar a distribuição eletrônica no Diagrama de Pauling dos 14 elétrons do potássio.
1s2
2s2 2p6
3s2 3p2
Observem que o subnível mais energético é: 3p2
Então o nível é: n =3.
Passo 2
Agora devemos somar o número de elétrons presentes no diagrama
1s2 (2)
2s2 2p6 (8)
3s2 3p2 (4)
Total: 2+8+4= 14
Resposta
Número atômico: 14
Exercício Resolvido #7
Elaboração própria
Marque a opção que representa um conjunto de números quânticos tolerado:
- n = 3; ℓ = 0 m= 2; s = +1/2
- n = 4; ℓ = 4, m= 0; s = -1/2
- n = 3; ℓ = 2, m= 1; s = +1/2
Passo 1
Pra responder essa questão precisamos olhar os números quânticos de cada alternativa e ver se eles fazem sentido, beleza?
Na opção A temos:
n = 3, que indica nível de energia 3
ℓ = 2, que indica subnível de energia s
m= 2, que indica orbital 2 de energia
e s = +1/2, que é o número de spin
Essa alternativa não está correta pois o subnível s só possui 1 orbital (no desenho seria o orbital verde), sendo assim o único valor aceitável para m é zero.
Passo 2
Agora vamos olhar a opção B.
Temos os seguintes números quânticos: n = 4; ℓ = 4, m= 0; s = -1/2.
Para o nível 4 de energia, temos os subníveis s, p, d, f, que na codificação são 0, 1, 2, 3. Sendo assim, o valor máximo aceitável para o ℓ é três.
Por eliminação podemos dizer então que a nossa resposta é a letra C 😊
Resposta
Alternativa C
Exercício Resolvido #8
Elaboração própria
O modelo sugerido por Bohr colocou um único número quântico para apresentar o desempenho do elétron no átomo. Este modelo usa três números quânticos. Sobre os números quânticos propostos no modelo de Bohr e no modelo da mecânica quântica, é CORRETO afirmar que:
- O nível com o número quântico principal n consistirá em n subníveis, e cada subnível corresponde a um valor permitido diferente do número quântico secundário entre 1 e n-1
- As energias relativas do elétron nos orbitais do átomo de hidrogênio têm valores diferentes quando o elétron estiver nos orbitais de mesmo subnível
- O modelo atômico de Bohr está relacionado a um número quântico que descreve sobre a orientação dos orbitais.
Passo 1
O nível com o número quântico principal n consistirá em n subníveis, e cada subnível corresponde a um valor permitido diferente do secundário.
Passo 2
O hidrogênio possui apenas um elétron, então, ele tem apenas uma posição preenchida no orbital 1s1.
Passo 3
Modelo de Bohr é um modelo que descreve o átomo como um núcleo pequeno e carregado positivamente cercado por elétrons em órbita circular
Resposta
Alternativa A