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Estrutura do átomo

Agora que você já viu, nos tópicos anteriores, como o modelo atômico evoluiu ao longo do tempo, vamos entender com mais detalhe a concepção de átomo que temos hoje. Você verá que conhecer a estrura atômica o fará compreender a diferença de comportamento dos elementos, já que as propriedades das substâncias dependem das ligações atômicas e das forças intermoleculares. 

Vamos mergulhar agora no universo do invisível ao olho humano e pensar em dimensões pequeniníssimas, inimagináveis à nossa limitada visão. Vamos ver de perto o átomo e as ainda menores partículas que o formam. 

No tópico anterior, vimos que o modelo atômico aceito nos dias de hoje propõe que o átomo seja formado por um núcleo em volta do qual giram em órbitas os elétrons. Para você ter uma noção da dimensão de tamanho de que estamos falando, os cientistas admitem que o diâmetro médio do átomo é de aproximadamente 10-8 cm e o diâmetro médio do núcleo, 10-12 cm. Passando isso para uma medida mais paupável para os nossos sentidos, se o diâmetro do núcleo fosse de 1 cm, o diâmetro da eletrosfera seria de 100 m.

Agora vamos ver alguns conceitos importantes:

• Quando um átomo está livre de fatores externos, isolado, o número de prótons é sempre igual ao número de elétrons.

np = ne

• Número atômico (Z):

O número atômico de um átomo, representado pela letra “Z”, é o seu número de prótons. Este número é o que caracteriza perfeitamente cada tipo de átomo. É a partir dele que definimos os elementos químicos, que nada mais são que o conjunto de átomos de mesmo número atômico. A convenção internacional usa representar este número como subíndice do lado esquerdo inferior do símbolo que designa o átomo. Exemplo:

Átomo de cloro: Z = 17
Representação: 17Cl

• Número de massa (A):

A massa de um átomo é a soma do seu número de prótons e nêutrons. O número de nêutrons é representado pela letra “N”. Sendo assim, temos que:

A = Z + N

O número de massa é representado, de acordo com a convenção internacional, por subíndice localizado no lado esquerdo superior do símbolo do elemento. Exemplo:

Átomo do sódio: Z = 11; N = 12, logo A = 23
Sua representação será, portanto:
• Configuração eletrônica dos elétrons:

A configuração eletrônica nada mais é do que a maneira como os elétrons se distribuem ao redor do núcleo, ou seja, na eletrosfera. 

A eletrosfera foi dividida pelo físico Niels Bohr em níveis de energia, que são regiões ao redor do núcleo onde os elétrons giram em órbitas específicas dependendo da sua energia. Esses níveis de energia foram chamados de camadas eletrônicas, e a diferença de energia entre eles foi concluída por meio da observação de que alguns elétrons são mais facilmente removidos da eletrosfera que outros, fato que levou os cientistas a deduzirem que há elétrons mais próximos do núcleo do que outros. À medida que o elétron se aproxima do núcleo, sua energia potencial diminui, enquanto sua velocidade e energia cinética aumentam. A energia total do elétron aumenta à medida que ele se afasta do núcleo.

Para os elementos conhecidos até os dias de hoje existem até 7 camadas eletrônicas designadas por um número quântico principal (n) que assume valores de 1 a 7 ou pelas letras K, L, M, N, O, P e Q, como representado abaixo:
O número máximo de elétrons que cada camada comporta é determinado pela equação de Rydberg, segundo a qual:

X = 2 . n2

(sendo “X” o número de elétrons em uma dada camada e “n” o número quântico principal)

Segundo a equação de Rydberg, teríamos, então, os seguintes números máximos de elétrons para cada camada:

K (2); L (8); M (18); N (32); O (50); P (72); Q (98)

Porém, nos elementos conhecidos até os dias de hoje, nas camadas O, P e Q só foram encontrados o máximo de 32, 18 e 8 elétrons, respectivamente. Logo, a equação de Rydberg deve ser aplicada apenas até a camada N. Sendo assim, os valores para os elementos que conhecemos atualmente são:

K (2); L (8); M (18); N (32); O (32); P (18); Q (8)

• Camada de Valência:

É o nível de energia mais externo do átomo, podendo conter, no máximo, 8 elétrons. O elemento sódio, por exemplo, tem um elétron na sua camada de valência M.

Na: 11 elétrons
2 (K); 8 (L); 1 (M)

• Subníveis de energia:

Experimentos demonstraram que a radiação correspondente à energia liberada pelos “saltos” dos elétrons entre as camadas eletrônicas é composta de várias ondas luminosas mais simples, pois foi observado que dentro de um mesmo nível de energia havia uma raia de diferentes comprimentos de ondas emitidos. Esta descoberta levou o pesquisador Arnold Sommerfeld a propôr que os níveis de energia se subdividiriam em subníveis de energia.

Nos átomos dos elementos que conhecemos até os dias de hoje há 4 tipos de subníveis, representados pelas letras “s”, “p”, “d” e “f”. Tais letras vêm dos termos em inglês “sharp”, “principal”, “diffuse” e “fundamental”, de acordo com o comportamento de cada orbital. Na realidade, em uma camada de nível “n” existem “n” subníveis, porém, foi verificado nos elementos conhecidos que os subníveis “g”, “h” e “i” aparecem vazios.
O físico inglês Edmund Clifton Stoner chegou, em 1924, ao número máximo de elétrons comportado por cada subnível:

s (2 elétrons); p (6 elétrons); d (10 elétrons); f (14 elétrons)

Sabemos que o número quântico principal de um elemento é representado por “n” e que este número corresponde ao número da camada que ele pertence. Da mesma forma, há um número quântico secundário ou azimal, representado por “l”, que corresponde a cada subnível. O “l” assume, em cada subnível, valores que vão de 0 a (n-1). O azimal de cada subnível apresenta os valores abaixo:

s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); f (l = 3)

Para sabermos a energia de um subnível, somamos os seus números quânticos principal e secundário. Sendo assim, qual subnível é mais energético, o 3d ou o 4s?

3d: n = 3; l = 2/ n + l = 5
4s: n = 4; l = 0/ n + l = 4
3d é mais energético que 4s

Quando os subníveis apresentam a mesma soma, o que tiver maior “n” (camada mais afastada do núcleo) será o mais energético.

• Representação gráfica:

A configuração eletrônica (distribuição eletrônica dos elétrons na eletrosfera) pode ser representada graficamente pelo diagrama de Linus Pauling:

Não confuda a ordem geométrica dos subníveis com a energética! Você viu mais acima que o subnível 3d é mais energético que o 4s. Abaixo, escrevemos a configuração eletrônica do ferro (Z = 26) na ordem geométrica e na ordem energética:

Ordem geométrica
Ordem energética

1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6 – 4s2 – 3d6

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