OS QUATRO NÚMEROS QUÂNTICOS
os elétrons são identificados pelos cientistas por seus conteúdos de energia, que podem ser expressos por códigos matemáticos denominados números quânticos.
Cada elétron de um átomo é caracterizado por quatro números quânticos, que são: principal (n), secundário ou azimutal (l), magnético (m ou ml) e spin (s ou mS).
Num mesmo átomo não existem dois elétrons com os mesmos números quânticos. O principal (n) indica o nível de energia ou camada do elétron:
Já o número quântico secundário indica o subnível em que o elétron está:
Agora, o número quântico magnético indica a orientação dos orbitais (região de máxima probabilidade de se encontrar o elétron no átomo) no espaço. Os seus valores podem variar de -? a + ?.
Para entender como determinar esse número quântico, temos de realizar uma representação gráfica dos elétrons em orbitais. Isso é feito geralmente indicando um orbital por um quadrado. Por exemplo, o subnível s só possui um orbital, pois ele tem só uma forma em relação a qualquer orientação espacial, que é esférica.
Lembre-se de que cada orbital comporta no máximo dois elétrons e que cada elétron é indicado por uma seta:
Ao preencher esses orbitais, deve-se seguir a Regra de Hund, que diz que isso deve ser feito de modo que tenhamos o maior número possível de elétrons desemparelhados, isto é, isolados. Isso significa que preenchemos todas as setas para cima e só depois voltamos preenchendo com as setas para baixo (ou o contrário, dependendo da forma adotada).
O subnível p possui três orientações espaciais, pois, conforme mostrado abaixo, ele é um duplo ovoide:
O subnível d possui cinco orientações espaciais e o f possui sete:
Até o momento, temos:
Enfim, o número quântico do spin mostra o sentido da rotação do elétron.
Dois elétrons num mesmo orbital não se repelem porque cada elétron gira ao redor de seu próprio eixo no sentido horário ou anti-horário. Dois elétrons no orbital giram em sentidos opostos, anulando o magnetismo um do outro e proporcionando um sistema mais estável. Assim, em função dos sentidos de rotação para os elétrons, são conhecidos dois valores para o spin:
s= +1/2 e -1/2
O sentido da seta indicará o spin, que é adotado por convenção. Por exemplo, para o primeiro elétron de um orbital pode-se convencionar que sua identificação começará com todas as setas para cima e que as setas para cima irão indicar o spin -1/2. Assim, as setas para baixo irão indicar o spin igual a +1/2. Mas o contrário também pode ser adotado.
Vejamos um exemplo para ver se você conseguiu entender como se determinam os quatro números quânticos:
Exemplo: Qual é o conjunto dos quatro números quânticos que caracteriza o elétron mais energético do 9F?
Resolução:
Primeiro, encontramos a distribuição eletrônica desse átomo, que é: 1s2 2s2 2p5.
Veja que o elétron mais energético se encontra na camada 2, por isso seu número quântico principal é: n = 2. Seu subnível é p, sendo, portanto, o número quântico secundário igual a l =1.
Agora, para descobrir os outros números quânticos, façamos o preenchimento do orbital desse último subnível. Vamos adotar nesse caso que o primeiro elétron de cada orbital será representado por uma seta para cima (↑) e o valor do spin será igual a -1/2:
A última seta está no 0. Em razão disso, o valor do número quântico magnético é m = 0. Veja que essa seta está para baixo, então o spin é s = +1/2.
Concluímos, assim, que o conjunto dos quatro números quânticos que caracteriza o elétron mais energético do 9F é n = 2; l =1, m = 0 e s = +1/2.
O conteúdo energético de cada um dos elétrons de um átomo é caracterizado por quatro números quânticos.