Ao iniciar os estudos sobre o modelo quântico do átomo, muitos alunos sentem dificuldade em entender como os elétrons se organizam ao redor do núcleo. Além disso, termos como “camada”, “subnível”, “orbital” e “spin” parecem distantes da realidade; no entanto, são fundamentais para compreender a estrutura da matéria. Por esse motivo, neste artigo, vamos explorar os números quânticos e a distribuição de Linus Pauling, sempre com explicações detalhadas, exemplos práticos e uma linguagem acessível. Dessa forma, vamos tornar esse conteúdo mais simples e direto para você!
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Por que estudar números quânticos?
Os elétrons não giram ao redor do núcleo em órbitas fixas, como propunha o modelo de Bohr. Com o avanço da Física Quântica, os cientistas descobriram que é impossível determinar com precisão onde um elétron está e para onde está indo ao mesmo tempo — essa é o famoso Princípio da Incerteza de Heisenberg.
Dessa forma, o que temos é uma probabilidade de encontrar o elétron em determinada região do espaço. Para lidar com isso, utilizamos um sistema de coordenadas chamado números quânticos, que identificam a posição e o comportamento dos elétrons nos átomos.
Quais são os 4 números quânticos?
Os números quânticos funcionam como um “endereço” eletrônico, ou seja, uma forma de localizar e caracterizar cada elétron dentro de um átomo. São quatro:
1. Número Quântico Principal (n)
Em primeiro lugar, o número quântico principal indica a camada ou nível de energia do elétron.
Ele pode variar de 1 a 7, correspondendo às camadas K, L, M, N, O, P, Q.
Além disso, quanto maior o valor de n, mais distante do núcleo estará o elétron e maior será sua energia.
| n | Camada |
| 1 | K |
| 2 | L |
| 3 | M |
| 4 | N |
| 5 | O |
| 6 | P |
| 7 | Q |
2. Número Quântico Secundário ou Azimutal (l)
O número quântico l indica o subnível de energia e o formato da região onde o elétron se encontra.
Ele depende diretamente do valor de n: l pode variar de 0 até (n – 1).
Cada valor de l representa um tipo de subnível com uma forma específica:
| l | Subnível | Forma |
| 0 | s | esférica |
| 1 | p | halteres |
| 2 | d | dupla hélice |
| 3 | f | complexa |
Por exemplo, se n = 3, então l pode ser 0 (s), 1 (p) ou 2 (d).
3. Número Quântico Magnético (mₗ)
Já o número quântico magnético (mₗ) indica o orbital específico dentro de um subnível.
Se baseia no valor de l e pode variar de –l até +l, incluindo o zero.
Por exemplo:
- Subnível s (l = 0): mₗ = 0 → possui 1 orbital
- Subnível p (l = 1): mₗ = –1, 0, +1 → possui 3 orbitais
- Subnível d (l = 2): mₗ = –2 até +2 → 5 orbitais
- Subnível f (l = 3): mₗ = –3 até +3 → 7 orbitais
Portanto, quanto maior o subnível, mais orbitais disponíveis ele terá.
4. Número Quântico de Spin (mₛ)
Por fim, temos o número quântico de spin, que representa o sentido de rotação do elétron dentro de um orbital.
Ele pode assumir dois valores: +½ (↑) ou –½ (↓).
Isso significa que cada orbital pode abrigar no máximo dois elétrons com spins opostos. Ou seja, nunca dois elétrons no mesmo orbital terão o mesmo spin.
A Regra de Linus Pauling: Como distribuir os elétrons
Agora que entendemos como os elétrons são identificados, surge uma nova dúvida: afinal, em que ordem os subníveis são preenchidos?
Para responder a essa questão, devemos considerar a Regra de Linus Pauling, que determina a ordem de preenchimento dos orbitais, sempre seguindo a energia crescente.
A sequência de Pauling:
1s
2s
2p
3s
3p
4s
3d
4p
5s
4d
5p
6s
4f
5d
6p
7s
5f
6d
7p
Você pode memorizar essa sequência com a tabela de setas diagonais ou pela regra de n + l, em que se soma o valor de n + l para comparar os subníveis.
Dica: Quando dois subníveis possuem o mesmo valor de n + l, o que tiver menor n será preenchido primeiro.
Exemplo prático: Oxigênio (Z = 8)
Vamos aplicar tudo o que vimos até aqui.
O oxigênio possui 8 elétrons. Seguindo a ordem da regra de Pauling:
- 1s² → 2 elétrons
- 2s² → +2 = 4 elétrons
- 2p⁴ → +4 = total de 8 elétrons
Logo, a distribuição eletrônica fica:
1s² 2s² 2p⁴
Por fim, digamos que queremos identificar os números quânticos de um dos elétrons no subnível 2p:
- n = 2
- l = 1 (subnível p)
- mₗ = 0 (um dos orbitais possíveis: –1, 0 ou +1)
- mₛ = +½ (supondo que é o primeiro elétron a ocupar esse orbital)
Conclusão
Estudar os números quânticos e a regra de Linus Pauling, sem dúvida, é essencial para compreender a organização dos elétrons nos átomos.
Esses conceitos podem parecer complexos no início, mas com explicações detalhadas, exemplos claros e o uso de palavras de transição, o aprendizado se torna mais fluido.
