Camadas eletrônicas

=Camadas eletrônicas

Os átomos são formados por um núcleo e uma eletrosfera. O núcleo é composto de prótons (partículas de carga positiva) e nêutrons (partículas de carga neutra). A eletrosfera é constituída pelos elétrons (partículas de carga negativa) que giram ao redor do núcleo. Acontece que os elétrons se distribuem na eletrosfera em posições diferentes, uns mais perto do núcleo e outros mais afastados, formando as chamadas camadas eletrônicas. Teoricamente há infinitas camadas que poderiam ser ocupadas pelos elétrons, mas experimentalmente observou-se que existem apenas sete. Eles são designadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q, sendo K a primeira camada, a mais próxima do núcleo.

Representação gráfica das camadas eletrônicas

Camadas eletrônicas

As camadas também podem ser consideradas níveis energéticos, e no próximo tópico você vai entender o porquê. Por enquanto o importante é você saber que quando optamos por usar o termo “níveis”, devemos identificá-los usando os números de 1 a 7, que são chamados de números quânticos principais (n). O número 1 deve ser atribuído ao nível mais próximo do núcleo. Cada nível energético (ou camada) comporta um número máximo de elétrons, conforme mostra a tabela abaixo:

Tabela mostrando número máximo de elétrons por nível energético

Número máximo de elétrons por nível energético

Quanto mais próxima do núcleo está uma camada, maior é a atração que o núcleo exerce sobre os elétrons dela e menos energia potencial esses elétrons possuem. Em compensação, os elétrons das camadas mais afastadas do núcleo são atraídos por ele com intensidade menor, e portanto possuem mais energia potencial. Isso significa que os elétrons mais próximos do núcleo, ou seja, os das camadas mais internas, são mais “presos” a ele, enquanto os elétrons das camadas mais externas são mais “livres”. Para designar esse “grau de liberdade” dos elétrons em relação ao núcleo usa-se o conceito de níveis energéticos.

Níveis e subníveis energéticos

Um nível é mais energético quanto maior for a energia potencial dos elétrons nele contidos. Em outras palavras, um nível é mais energético quanto mais afastado ele estiver do núcleo. Observe a representação da eletrosfera no tópico anterior. Se sabemos que o nível menos energético de todos é o 1 (correspondente à camada K, mais perto do núcleo) e o mais energético é o 7 (correspondente à camada Q, mais distante do núcleo), podemos concluir que a energia potencial dos elétrons é crescente do nível mais interno para o nível mais externo da eletrosfera. Essa regra é válida mesmo para os átomos que possuem menos de sete camadas.

A quantidade total de níveis que uma eletrosfera possui é determinada pela quantidade de elétrons do átomo. Os elétrons vão sendo distribuídos conforme a capacidade máxima de cada nível, começando pelo nível 1 (camada K) e prosseguindo até que todos os elétrons estejam acomodados. O hidrogênio, por exemplo, possui apenas um nível energético, porque só precisa acomodar um elétron. Já o ferro apresenta quatro níveis em sua eletrosfera, nas quais estão distribuídos 26 elétrons. O urânio, por sua vez, possui sete níveis para comportar seus 92 elétrons.

Mas a distribuição eletrônica não é feita somente em função dos níveis energéticos. Dentro dos níveis, os elétrons apresentam quantidades de energia características. Cada uma dessas quantidades corresponde a uma subdivisão do nível, dando origem aos chamados subníveis energéticos. Eles são quatro, designados pelas letras minúsculas s, p, d, f. Assim como os níveis, os subníveis apresentam números quânticos que indicam a energia do elétron dentro deles. São os chamados números quânticos secundários ou azimutais (ℓ). Respectivamente, os subníveis s, p, d, f apresentam números quânticos secundários 0, 1, 2 e 3. Também de maneira semelhante aos níveis, cada subnível comporta uma quantidade máxima de elétrons.

Subníveis energéticos

Número máximo de elétrons por nível energético

A distribuição eletrônica nos subníveis é feita preenchendo-se totalmente um subnível antes de passar para o próximo. Acontece que a ocupação dos subníveis não obedece os limites dos níveis. Os elétrons não vão se acomodando nos subníveis de um mesmo nível até preenchê-lo, eles seguem uma ordem diferente, a ordem crescente de energia. O químico norte-americano Linus Pauling elaborou um diagrama que permite fazer a distribuição eletrônica segundo essa ordem crescente. O dispositivo ficou conhecido como diagrama de Linus Pauling.

Distribuição eletrônica segundo o diagrama de Linus Pauling

Observe o diagrama de Linus Pauling. De cima para baixo, ele traz os níveis de energia em ordem crescente, representados pelos números de 1 a 7. Os subníveis que cada nível possui são representados pelas letras s, p, d, f. À direita de cada letra, um número sobrescrito indica a quantidade máxima de elétrons que o subnível comporta. As setas indicam o sentido em que o diagrama deve ser lido. Cada seta deve ser percorrida até o fim, para só então passarmos para o início da próxima.

Diagrama de Linus Pauling

Diagrama de Linus Pauling

A leitura do diagrama nos fornece a ordem crescente dos subníveis de energia, que é a seguinte:

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

Essa é a ordem em que os elétrons se acomodam nos subníveis de energia. Para fazer a distribuição eletrônica, precisamos obedecer a essa ordem e observar o número máximo de elétrons que cada subnível comporta. A distribuição é feita preenchendo-se cada subnível antes de passar para o próximo. Se no último subnível houver menos elétrons que a capacidade máxima dele, não tem problema. Nesse caso, o número que acompanha a letra deve ser substituído pelo número de elétrons.

Vejamos