Distribuição eletrônica

Este assunto costuma ser um tanto quanto delicado na sala de aula, por causa da quantidade de dúvidas que ele costuma gerar. E, muito mais do que isso, as dúvidas não se limitam a este conteúdo, mas têm o mau hábito de se estenderem por todo o ano letivo, já que uma boa parte da química depende deste detalhezinho tão importante. E você? Quer aprender tudo sobre o assunto e ficar craque pelo resto do ensino médio? Então role a página e bons estudos!

Antes de começar

Hey! Certifique-se de saber tudo o que você precisa para poder entender este conteúdo. Se você estiver com alguma dificuldade e alguma parte da matéria, então é bom fazer uma pausa e dar uma olhadinha na aula anterior. Para compreender este conteúdo, você vai precisar de:

Relembrando

Você aprendeu que o átomo é a menor porção da matéria e que este é composto por um núcleo com partículas positivas (prótons) e partículas sem carga (nêutrons). Ao redor do núcleo, encontram-se sete camadas com distintos níveis de energia, chamadas eletrosferas, nas quais orbitam partículas com carga negativa chamadas elétrons.

As eletrosferas, por sua vez, possuem subdivisões internas de energia, chamadas subcamadas ou subníveis pelos quais se distribuem os elétrons. E é dessa distribuição que depende a própria vida, pois, se não fosse assim, os átomos não conseguiriam formar ligações entre eles, cirando, dessa forma, substâncias, compostos maiores e, finalmente, toda a matéria viva e inanimada que existe.

As camadas de energia

Um átomo (de qualquer elemento) possui ao todo sete camadas eletrônicas e, cada uma delas, uma quantidade diferente de energia que aumenta de dentro para fora, isto é, aquela mais próxima do núcleo requer menos energia por parte dos elétrons para permanecerem nela, enquanto que, à medida que nos afastamos dele, exige-se cada vez mais energia.

Partindo da menos energética, essas camadas podem receber os nomes de, respectivamente K, L, M, N, O, P e Q, ou então somente um número de 1 a 7, que é a nomenclatura mais comum. Existe, ainda, uma quantidade limite de elétrons que cada uma dessas camadas pode conter. Para a camada 1 (ou camada K), esse número é de, no máximo, 2 elétrons. A camada 2 (ou camada L), comporta um máximo de 8 elétrons e assim por diante, da seguinte forma:

• Camada 1 (ou camada K) → no máximo 2 elétrons;
• Camada 2 (ou camada L) → no máximo 8 elétrons;
• Camada 3 (ou camada M) → no máximo 18 elétrons;
• Camada 4 (ou camada N) → no máximo 32 elétrons;
• Camada 5 (ou camada O) → no máximo 32 elétrons;
• Camada 6 (ou camada P) → no máximo 18 elétrons;
• Camada 7 (ou camada Q) → no máximo 8 elétrons.

Obs.: é comum encontrar em algumas literaturas que a camada 7 pode comportar, no máximo, apenas 2 elétrons, e não 8.

Em seguida, para cada uma das camadas descritas acima, temos também um subnível de energia, cada um igualmente com uma quantidade máxima de elétrons passíveis de serem comportados. Existem, ao todo, quatro tipos diferentes de subnível. Eles podem ser do tipo s, p, d ou f. Assim como no caso das camadas principais, o nível de energia em cada uma delas também é crescente, começando a partir do subnível s, que possui a menor quantidade de energia, até o subnível f, que é o mais energético. A quantidade máxima de elétrons para cada um é:

• Subnível s → no máximo 2 elétrons;
• Subnível p → no máximo 6 elétrons;
• Subnível d → no máximo 10 elétrons;
• Subnível f → no máximo 14 elétrons.

Porém nem todos os subníveis estão presentes em todas as camadas. Observe:

• Camada 1 (ou camada K) → possui apenas o subnível s;
• Camada 2 (ou camada L) → possui os subníveis s e p;
• Camada 3 (ou camada M) → possui os subníveis s, p e d;
• Camada 4 (ou camada N) → possui todos os subníveis: s, p, d e f;
• Camada 5 (ou camada O) → possui todos os subníveis: s, p, d e f;
• Camada 6 (ou camada P) → possui os subníveis s, p e d;
• Camada 7 (ou camada Q) → possui os subníveis s e p.

Note que a quantidade máxima de elétrons que cada camada pode conter é, na verdade, somente a soma da capacidade de cada um dos subníveis presentes nela. Por isso, a camada 1, que possui apenas o subnível s, que, por sua vez, comporta apenas dois elétrons, possui uma capacidade igualmente limitada a dois elétrons. Já a camada 2, que possui os subníveis s e p, com capacidades respectivas de dois e seis elétrons, comporta no máximo oito elétrons, correspondendo à soma das capacidades dos subníveis nela presentes.

A distribuição dos elétrons

Imagine a seguinte situação: o presidente do país viu um vídeo na internet e se convenceu de que estudar sentado era ruim. Por isso, fez uma lei e, a partir da semana que vem, não existirão mais mesas nem cadeiras nas salas de aula. Você vai ter que estudar em pé e apoiar o caderno na mão.

Ficou cansado só de pensar? Pois é. Mas isso não é sedentarismo. É natureza. Assim como nós, que optamos sempre pelas posições mais confortáveis e que gastem menos energia, a química, a física e todo o universo pensam da mesma forma. A palavra chave aqui é energia.

Assim, a forma como os elétrons irão se dispor nas camadas pode parecer contraintuitiva à primeira vista, mas eles só estão, na verdade, buscando as posições menos energéticas para ficar. Por isso, o preenchimento não acontece na ordem das camadas, mas sim do seu nível de energia. Logo, se um elemento tiver elétrons suficientes, ao completar o subnível p da camada 3, ao invés de continuar para o subnível d da mesma camada, os elétrons irão para o subnível s da camada seguinte, pois ele é menos energético que o p da camada anterior. Dessa forma, a ordem de preenchimento fica da seguinte forma:

Pode parecer confuso, mas não se desespere. Para facilitar a sua vida, o cientista estado-unidense Linus Carl Pauling montou esse esqueminha num diagrama para você. Nele você encontra a ordem completa de preenchimento das camadas para usar como referência na hora de realizar a distribuição dos elétrons:

Você pode imprimir essa que eu montei para você e colar em seu caderno para usar sempre que precisar (acredite, vai precisar muito), ou, melhor ainda, você pode baixar gratuitamente a tabela periódica completa, com esse diagrama e muitos outros para usar na aula clicando aqui.

Mas... E como eu uso esse diagrama?

Sua aplicação é bastante simples. O número à esquerda do subnível indica a camada e o número à direita, na forma de expoente, representa a quantidade de elétrons que entrarão em cada subnível. Basta escrever essas informações na ordem indicada pelas setinhas, somando os elétrons que entram em cada subnível (expoente) até esgotar a quantidade de elétrons do elemento que estamos analisando.

Exemplos

Considere o elemento sódio (Na). Seu número atômico (quantidade de prótons) é 11. Portanto, em seu estado fundamental, sódio possui também 11 elétrons. Para fazer sua distribuição, basta seguir a ordem do diagrama de Pauling:

1s², 2s², 2p⁶, 3s¹.

Note que a soma dos expoentes é a quantidade de elétrons do elemento: 2 + 2 + 6 + 1 = 11. Note também que, embora a quantidade máxima de elétrons que um subnível do tipo s pode suportar seja igual a 2, não é necessário que ele tenha sempre 2 elétrons. Se os elétrons do elemento acabaram, então o subnível ficará apenas com os elétrons que terminaram nele.

Considere agora o elemento selênio (Se). Seu número atômico é 34, portanto o número de elétrons do elemento em seu estado fundamental também é 34. Seguindo o diagrama de Pauling teremos:

1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁴.

Ao somar a quantidade de elétrons em cada subnível temos: 2 + 2 + 6 + 3 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34.

Agora é sua vez. Distribua os elétrons do elemento cloro (Cl). Ao terminar, você pode clicar no botão abaixo para conferir sua resposta.

A distribuição eletrônica dos elementos químicos pode ser um pouco trabalhosa. Mas com alguma pratica, você verá que não é difícil e dará um show na prova.

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