Qual a ordem crescente de energia para os seguintes subníveis eletrônicos 4d 4f 5p 6s?

O que é o Diagrama de Linus Pauling:

Diagrama de Linus Pauling ou Diagrama de Distribuição Eletrônica consiste num modelo que auxilia na configuração dos elétrons dos átomos e dos íons através de subníveis de energia. Este método é usado na Química para determinar algumas características dos átomos.

Também conhecido como Princípio de Aufbau, o Diagrama de Linus Pauling ajuda a traçar algumas propriedades dos átomos, como o número de camadas preenchidas por elétrons e o número de camadas de elétrons que o átomo possui, por exemplo.

O cientista americano vencedor de dois prêmios Nobel, Linus C. Pauling (1901 - 1994) é o responsável por desenvolver esta teoria, considerada uma das que melhor explica a distribuição eletrônica ao redor dos átomos.

Como se sabe, a tabela periódica organiza os elementos químicos a partir do número atômico em ordem crescente. O Diagrama de Linus Pauling, em conjunto com a tabela periódica, ajuda a fornecer informações sobre os átomos que formam esses elementos.

Como dito, o diagrama de Linus Pauling se baseia nos subníveis de energia do átomo para organizar os elétrons. Estes são dispostos a partir do de menor para o de maior energia, quando o átomo se encontra no seu estado fundamental.

Veja também o significado de Átomo e Íons.

A eletrosfera dos átomos é formada por 7 (sete) camadas eletrônicas, representadas pelas letras: K, L, M, N, O, P e Q. Cada camada permite um número máximo de elétrons:

• K = até 2 elétrons.
• L = até 8 elétrons.
• M = até 18 elétrons.
• N = até 32 elétrons.
• O = até 32 elétrons.
• P = até 18 elétrons.
• Q = até 8 elétrons.

Nota-se que a camada K apresenta apenas um subnível (s), que permite a existência de até 2 elétrons. A camada L tem dois subnível (s e p), sendo que p comporta até 6 elétrons. Ainda existem os subníveis d (com até 10 elétrons) e f (com 14 elétrons, no máximo).

Assim, a partir deste esquema, Pauling organizou os elétrons seguindo uma ordem crescente de energia nos diferentes subníveis.

Usando setas diagonais, encontra-se a seguinte sequência no Diagrama de Linus Pauling: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6.

Veja também o Diagrama de Ishikawa, o Diagrama de Venn e o conceito de Eletronegatividade.

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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:

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

Hidrogênio (H):

Número atômico = 1

Carbono (C):

Número atômico = 6

Cálcio (Ca):
Número atômico = 20

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.

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:

Distribuição de todos os elementos da Tabela Periódica

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

Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/quimica/distribuicao-eletronica/