Distribuição eletrônica

Graduação em Química (Faculdades Anhanguera, 2016)

Com os aperfeiçoamentos feitos na Tabela Periódica ao longo dos anos, e com o aumento de elementos químicos conhecidos, passou-se a utiliza-la de modo a prever o comportamento dos elementos nela contidos no que diz respeito às suas propriedades e características, contudo, existem exceções, tornando a tabela falível nas previsões de propriedades desses elementos. Por esse motivo iniciou-se estudos quânticos relacionados aos elementos, os átomos e principalmente sobre o posicionamento dos elétrons na eletrosfera.

A distribuição eletrônica, ou como também é conhecida, princípio da configuração eletrônica nada mais é que a disposição dos elétrons de forma que o átomo fique em seu estado fundamental.

O estado fundamental de um átomo é aquele onde todos os seus elétrons estão dispostos nos níveis mais baixos de energia que estão disponíveis. O estado fundamental também é conhecido como estado estacionário, e nesse estado o átomo possui os seus elétrons em um estado de mínima energia possível.

Camadas eletrônicas

A partir do modelo atômico de Bohr, que é um aperfeiçoamento do modelo atômico de Rutherford, tornou-se possível a compreensão de alguns fenômenos que os modelos atômicos anteriores não conseguiam explicar com eficácia. Através de um experimento que se baseou na emissão de luz utilizando átomos de apenas um elétron, o postulado de Bohr mostrou que os elétrons estão confinados em determinados níveis de energia quando em seu estado estacionário, e cada estado estacionário está relacionado à um nível de energia, descrito pelo número quântico principal (n) que varia de 1 a 7, também chamados de camadas K, L, M, N, O, P e Q, e representado por uma órbita localizada ao redor do núcleo do átomo. Para que o elétron migre de um nível para o outro é necessário que haja absorção de energia.

Cada camada comporta uma quantidade máxima de elétrons, como podemos verificar a seguir:

Nível (n) 1 2 3 4 5 6 7
Camada K L M N O P Q
Máximo de elétrons 2 8 18 32 32 18 2

A partir dessas informações, podemos distribuir os elétrons de qualquer elemento da tabela periódica com facilidade, por exemplo:

Hidrogênio (H):

Número atômico = 1

Nível (n) 1
Camada K
Máximo de elétrons 1

Carbono (C):

Número atômico = 6

Nível (n) 1 2
Camada K L
Máximo de elétrons 2 4

Cálcio (Ca):
Número atômico = 20

Nível (n) 1 2 3 4
Camada K L M N
Máximo de elétrons 2 8 8 2

Subníveis de Energia – Diagrama de Linus Pauling

O modelo de Bohr não corresponde com a realidade do que ocorre com a entrada de elétrons nos níveis de energia da eletrosfera. Através de estudos quânticos, Linus Pauling criou um diagrama que facilita o entendimento de como os elétrons ocupam os orbitais. Normalmente os elétrons ocupam quatro principais orbitais eletrônicos que são identificados pelas letras s, p, d e pela letra f, em ordem crescente de energia. Para cada nível de energia (n= 1 a 7), existem os subníveis de energia que estão diretamente ligados a um dos orbitais. Este método foi criado pelo físico alemão Erwin Madelung e aperfeiçoado por Linus Pauling, por esse motivo, na literatura é comum citar somente o diagrama de Linus Pauling, ou apenas diagrama de Pauling.

Quando um elétron está localizado no nível 1 por exemplo, representa-se o mesmo como 1s, pois este encontra-se no nível 1 e no orbital s, e assim sucessivamente com os demais níveis e orbitais.

O princípio básico do diagrama de Linus Pauling consiste em facilitar o entendimento de como os elétrons se distribuem nos níveis e subníveis de energia até a sua camada de valência.

A camada de valência é a que acomoda os elétrons com maior energia, que são responsáveis pela ocorrência das reações químicas, pois os elétrons contidos nela estão instáveis e buscando outros elétrons para que possam se tornar estáveis conforme a Teoria do Octeto.

Como vimos anteriormente, os átomos comumente ocupam 7 níveis de energia, cada nível com seus subníveis associados ao tipo de orbital em que o elétron se encaixa. Cada orbital possui no máximo dois elétrons, por esse motivo, eles podem ser distribuídos nos subníveis de energia.

Subnível s p d f
Número de orbitais por subnível 1 3 5 7
Número máximo de elétrons 2 6 10 14

Vejamos abaixo o esquema de como funciona o diagrama de Pauling, que permite realizar a distribuição eletrônica de todos os elementos químicos da tabela periódica e em seguida alguns exemplos de como realizar a distribuição eletrônica utilizando esse modelo. Para compreender o diagrama, é preciso primeiramente entender a simbologia presente nele:

Diagrama de Pauling

Desse modo temos a sequência energética da seguinte maneira:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6

Vejamos agora um exemplo prático de como aplicar o diagrama de Pauling com alguns elementos químicos:

Rubídio (Rb):

37Rb = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1

Camada de Valência: 5s1 – 1 elétron na última camada

Titânio (Ti):

22Ti = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2

Camada de Valência: 3d2 – 2 elétrons na última camada

Sódio (Na):

11Na = 1s2 2s2 2p6 3s1

Camada de Valência: 3s1 – 1 elétron na última camada

Cálcio (Ca):

20Ca = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Camada de Valência: 4s2 – 2 elétrons na última camada

Para íons também podemos utilizar o diagrama de Pauling para realizar a distribuição eletrônica:

Cálcio (Ca2+):

20Ca2+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Camada de Valência: 3s2 e 3p6 – 8 elétrons na última camada

Flúor (F-):

9F- = 1s2 2s2 2p6

Camada de Valência: 2s2 e 2p6 – 8 elétrons na última camada

Cloro (Cl-):

17Cl- = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Camada de Valência: 3s2 e 3p6 – 8 elétrons na última camada

Conforme podemos observar nos exemplos acima, quando realizamos a distribuição eletrônica de íons, partimos da distribuição do elemento químico em seu estado neutro, ou seja, partimos do átomo neutro e depois acrescentamos ou retiramos os elétrons de acordo com a carga do íon, desse modo, para cátions (elemento que perdeu elétron (s), portanto com carga positiva) retiramos a quantidade de elétrons de acordo com a carga do íon e para ânions (elemento que ganhou elétron (s), portanto com carga negativa) acrescentamos a quantidade de elétrons de acordo com a carga do íon.

Na tabela periódica os elementos são agrupados de acordo com suas propriedades, e considerando que a distribuição eletrônica é feita com base no preenchimento dos orbitais, podemos representar que a tabela periódica é dividida da seguinte forma:

Fonte: Roshan220195 / Wikimedia Commons / CC-BY-SA 3.0

Distribuição de todos os elementos da Tabela Periódica

Elemento Elétrons Configuração eletrônica
Hidrogênio (H) 1 1s1
Hélio (He) 2 1s2
Lítio (Li) 3 1s2  2s1
Berílio (Be) 4 1s2  2s2
Boro (B) 5 1s2  2s2  2p1
Carbono (C) 6 1s2  2s2  2p2
Nitrogênio (N) 7 1s2  2s2  2p3
Oxigênio (O) 8 1s2  2s2  2p4
Flúor (F) 9 1s2  2s2  2p5
Neônio (Ne) 10 1s2  2s2  2p6
Sódio (Na) 11 1s2  2s2  2p6  3s1
Magnésio (Mg) 12 1s2  2s2  2p6  3s2
Alumínio (Al) 13 1s2  2s2  2p6  3s2 3p1
Silício (Si) 14 1s2  2s2  2p6  3s2 3p2
Fósforo (P) 15 1s2  2s2  2p6  3s2 3p3
Enxofre (S) 16 1s2  2s2  2p6  3s2 3p4
Cloro (Cl) 17 1s2  2s2  2p6  3s2 3p5
Argônio (Ar) 18 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6
Potássio (K) 19 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s1
Cálcio (Ca) 20 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2
Escândio (Sc) 21 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d1
Titânio (Ti) 22 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d2
Vanádio (V) 23 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d3
Cromo (Cr) 24 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s1  3d5
Manganês (Mn) 25 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d5
Ferro (Fe) 26 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d6
Cobalto (Co) 27 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d7
Níquel (Ni) 28 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d8
Cobre (Cu) 29 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s1  3d10
Zinco (Zn) 30 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10
Gálio (Ga) 31 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p1
Germânio (Ge) 32 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p2
Arsênio (As) 33 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p3
Selênio (Se) 34 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p4
Bromo (Br) 35 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p5
Kriptônio (Kr) 36 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6
Rubídio (Rb) 37 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s1
Estrôncio (Sr) 38 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2
Ítrio (Y) 39 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d1
Zircônio (Zr) 40 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d2
Nióbio (Nb) 41 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s1  4d4
Molibdênio (Mb) 42 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s1  4d5
Tecnécio (Tc) 43 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d5
Rutênio (Ru) 44 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s1  4d7
Ródio (Rh) 45 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s1  4d8
Paládio (Pd) 46 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 4d10
Prata (Ag) 47 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s1  4d10
Cádmio (Cd) 48 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10
Índio (In) 49 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10  5p1
Estanho (Sn) 50 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p2
Antimônio (Sb) 51 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p3
Telúrio (Te) 52 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p4
Iodo (I) 53 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p5
Xenônio (Xe) 54 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6
Césio (Cs) 55 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s1
Bário (Ba) 56 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2
Lantânio (La) 57 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 5d1
Cério (Ce) 58 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 5d1  4f1
Praseodímio (Pr) 59 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f3
Neodímio (Nd) 60 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f4
Promécio (Pm) 61 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f5
Samário (Sm) 62 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f6
Európio (Eu) 63 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f7
Gadolínio (Gd) 64 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f7  5d1
Térbio (Tb) 65 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f9
Disprósio (Dy) 66 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f10
Hólmio (Ho) 67 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f11
Érbio (Er) 68 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f12
Túlio (Tm) 69 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f13
Itérbio (Yb) 70 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14
Lutécio (Lu) 71 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d1
Háfnio (Hf) 72 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d2
Tântalo (Ta) 73 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d3
Tungstênio (W) 74 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d4
Rênio (Re) 75 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d5
Ósmio (Os) 76 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d6
Irídio (Ir) 77 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d7
Platina (Pt) 78 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s1  4f14  5d9
Ouro (Au) 79 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s1  4f14  5d10
Mercúrio (Hg) 80 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10
Tálio (Tl) 81 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p1
Chumbo (Pb) 82 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p2
Bismuto (Bi) 83 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p3
Polônio (Po) 84 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p4
Astato (At) 85 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p5
Radônio (Rn) 86 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6
Frâncio (Fr) 87 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s1
Rádio (Ra) 88 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2
Actínio (Ac) 89 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  6d1
Tório (Th) 90 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  6d2
Protactínio (Pa) 91 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f2  6d1
Urânio (U) 92 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f3  6d1
Neptúnio (Np) 93 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f4  6d1
Plutônio (Pu) 94 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f6
Amerício (Am) 95 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f7
Cúrio (Cm) 96 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f7  6d1
Berquélio (Bk) 97 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f9
Califórnio (Cf) 98 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2 3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f10
Einstênio (Es) 99 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2 3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f11
Férmio (Fm) 100 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f12
Mendelévio (Md) 101 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f13
Nobélio (No) 102 1s2 2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d10  4p6  5s2  4d10  5p6  6s2  4f14  5d10  6p6  7s2  5f14
Lawrencium (Lr) 103 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  7p1
Rutherfordium (Rf) 104 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d2
Dubnium (Db) 105 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d3
Seaborgium (Sg) 106 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d4
Bohrium (Bh) 107 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d5
Hassium (Hs) 108 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d6
Meitnerium (Mt) 109 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d7
Darmstadtium (Ds) 110 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d8
Roentgenium (Rg) 111 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d9
Copernicium (Cn) 112 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d10
Ununtrium (Uut) 113 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d10  7p1
Flerovium (Fl) 114 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d10  7p2
Ununpentium (Uup) 115 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d10  7p3
Livermorium (Lv) 116 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d10  7p4
Ununseptium (Uus) 117 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d10  7p5
Ununoctium (Uuo) 118 1s2  2s2  2p6  3s2 3p6  4s2  3d10  4p6 5s2  4d10 5p6  6s2 4f14  5d10 6p6  7s2 5f14  6d10  7p6

Referências:

SANTOS, W. L. P.dos.; MOL, G. de S. Química Cidadã: Volume 1: Ensino Médio. 2. ed. São Paulo: AJS, 2013.
FONSECA, M.R.M. da. Química 1. 1. ed. São Paulo: Ática, 2013

http://qgt-uniban.orgfree.com/teoria/QGT3.pdf

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