Níveis e Subníveis

Divisões da Eletrosfera

A eletrosfera tem um padrão de organização igual em todos os átomos, onde divide cada elétron ao redor do núcleo por camadas que tem influência da quantidade de energia que eles -os elétrons- possuem.

Dependendo da sua energia ele ficará em um nível maior (mais distante do núcleo -elétron com mais energia-) ou menor (mais próximo do núcleo -elétron com menos energia-).

Possuem distâncias do núcleo, dos outros elétrons da eletrosfera e energias específicas para cada elétron.

Os elétrons então vão formando camadas ao redor do núcleo, pois cada elétron tenta se manter o mais distante possível dos outros (por terem cargas iguais) e são todos atraídos pelo núcleo (que tem carga oposta).

Os elétrons somente podem assumir quantidades bem definidas de energia.
O que faz eles se dividirem em grupos, mesmo quando estão na mesma camada.

Pois até mesmo dentro de uma mesma camada onde supostamente têm a mesma distância do núcleo, quando a camada tem muitos elétrons uns possuirão mais energia do que outro.

Se dividindo em subníveis.

Para se organizar essas configurações dos elétrons de um átomo em sua eletrosfera criou-se a distribuição eletrônica.

Divisão dos Elétrons
em Níveis e Subníveis

Nível = Camada.
Para um elétron quando troca de nível, ele fisicamente troca de camada.

Se um elétron for para uma camada mais distante do núcleo é porque ele ficou mais energético.
Se ele for para uma camada mais próxima do núcleo, quer dizer que ele diminuiu sua quantidade de energia.

Então cada camada representa o nível que o elétron está, pois cada camada remete a ele uma certa quantidade de energia.

Basicamente as eletrosferas possuem até 7 camadas, são nomeadas de acordo com sua numeração, sendo a primeira camada (a mais próxima do núcleo) como a camada 1, ou camada K e assim sucessivamente (no esquema de nomenclatura por letra, depois da camada K a próxima camada é nomeada com a letra do alfabeto depois do K e etc).



- As camadas tem quantidade de elétrons específicas que podem ficar nela.

Por exemplo a primeira, mais próxima do núcleo, só aceita dois elétrons, se o átomo for ter um terceiro elétron ele consequentemente teria que estar na próxima camada, na segunda (o que faria dele também um elétron mais energético do que os dois anteriores).

Já a segunda camada pode abrigar 8 elétrons.
Supostamente todos os elétrons da segunda camada, por estarem na segunda camada deveriam ter a mesma quantidade de energia, mas são muitos elétrons, então uns por mais que estejam na mesma camada vão estar mais distantes do que outros, o que faz com que a camada tenha subdivisões.

Terá dentro da camada subníveis energéticos, onde os dois desses oito elétrons pertencerão ao subnível s, que quer dizer que eles têm quantidade de energia referente à s.


O subnível s de qualquer camada sempre poderá abrigar somente 2 elétrons, terá somente dois elétrons com essa -a mais baixa- quantidade de energia na camada, que serão os primeiros elétrons a fazerem parte da camada.

E os outros 6 estariam em um subnível a cima, o subnível p, com quantidade de energia referente ao subnível p que é mais energético que s.

Então se algum desses elétrons do subnível p receber energia, ele elevaria de nível (pois na segunda camada não tem mais subníveis para ele subir), ele então iria à terceira camada, com quantidade de energia do subnível s da 3a camada, que é o primeiro (o que se forma mais fácil e mais rápido que os outros subníveis, pois é o menos energético).


* Limite de Elétrons das Camadas:

Não precisa necessariamente estar completamente cheia de elétrons (completo todos os subníveis que possui -como a segunda que possui subnível s e p, o s pode ter 2 elétrons e o p pode ter 6- , mas eles não precisam estar com esse total de elétrons para existir uma terceira camada), para poder existir a próxima.

O que vai depender é da energia que o elétron vai ter, vai definir qual camada ele vai ficar (a questão é que na natureza, portanto na química, predomina a lei do menor esforço, então como normalmente é mais fácil completar todos os subníveis menos energéticos primeiro do que formar uma nova camada, é o que acontece, sendo o acontecimento que predomina), normalmente é mais fácil para o elétrons que chegar liberar aquela energia excedente (ficando mais estável) e completar as camadas na ordem.

Ele na maioria das vezes não formará um nível superior não importando a energia do elétron que chegar, ele vai liberá-la e se estabilizar em um nível e subnível menos energético.

O que acontece (depois da terceira camada) por acabar formando uma nova camada antes de todos os subnível da camada anterior estar completo é porque a diferença de energias dos subníveis da camada anterior é muito grande, sendo seu último subnível mais energético que o primeiro da nova camada (camada superior).

O subnível d da camada 3 é mais energético do que o subnível s da camada 4.

Sendo assim o mais fácil é o elétron se alojar onde fique mais estável, no caso na camada e subnível superior, onde precisará de menos energia.

Deixando o último subnível da camada anterior ainda incompleto.
Começando a nova camada e completando o subnível s dela onde esses elétrons ficarão mais estáveis.


Por exemplo:
Em uma terceira camada (onde ela possui 3 subníveis) a diferença de energia entre os elétrons da camada do subnível s comparado com os elétrons do subnível d é grande.

Se para formar a quarta camada no seu subnível menos energético s, precisar de menos energia do que para ficar no subnível d da terceira, então os próximos 2 elétrons que chegarem terão preferência pelo que eles gastarem menos energia (e ficarem mais estáveis).


Então esse tipo de inversão pode acontecer, que é o que se vê quando se faz a distribuição eletrônica, sempre vai aumentando a energia dos elétrons, portanto as vezes acaba com um elétron em uma camada anterior (menos externa, com um número menor) do que alguma outra que já passou pela distribuição (porque olhando pela energia dos subníveis, essa camada de número menor nesse subnível é mais energética).

Imagem meramente ilustrativa.

Esquema de duas camadas. A camada de baixo possui 3 subníveis e está completa com 18 elétrons, mas antes de começar a completar seus 10 elétrons de energia referente ao subnível D, há a formação da camada superior (no seu primeiro subnível, o s) que possui dois elétrons, completando seu subnível S para depois terminar de completar o nível inferior, porque esses dois elétrons do subnível S da camada superior são menos energéticos que os elétrons do subnível D (mesmo sendo o subnível de um nível abaixo).


Nesse caso então se esse átomo tivesse 10 elétrons a menos, ficaria sem os 10 elétrons do subnível D do nível inferior e sua distribuição eletrônica terminaria com (supondo que o nível inferior fosse a Terceira camada de um átomo e o superior a Quarta):

3s2 (2 elétrons no subnível s da terceira camada), 3p6, 4s2.


O subnível D não iria existir e a camada 3 teria somente 8 elétrons, por mais que possa abrigar 18 ao todo.


(Exemplo da distribuição eletrônica de antes, com os 10 elétrons de volta, o final da distribuição seria: 3s2, 3p6, 4s2, 3d10).

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Assim para facilitar o conhecimento de como são distribuídos os elétrons por camadas em cada átomo foi criado o diagrama de Linus Pauling que nos informa "onde estará" cada elétron.

Orbitais

É importante lembrar que o elétron não é estático (se não ele cairia no núcleo), ele fica em movimento e por mais que se diga camada e desenhe a orbita (trajeto) que ele percorre circularmente ao redor do núcleo, isso não é inteiramente verdade na prática não se pode dizer caminho que o elétron percorre nem onde ele está.

O que se sabe é o "espaço" onde ele costuma estar na maior parte do tempo, percebendo diferentes formas de onde sua carga pode ser sentida, o que é chamado de orbital.

Esses orbitais, espaços onde a influência desse elétron pode ser sentida na maior parte do tempo, podem ter formatos diferentes e distâncias do núcleo diferentes, dependendo da quantidade de energia que esses elétrons possuem.
As distâncias do núcleo, obviamente dependem da camada que esse elétron pertence e o formato de influência da sua carga depende do subnível que ele é (quantidade de energia).

Então um nível como o nível 2, que possui somente 2 subníveis, o s e o p; irá possuir somente dois tipos de orbitais:
- Orbitais de formato e características de elétrons do subnível s e;

(que são sempre iguais para todas as camadas, a diferença é só a distância do núcleo e a única camada que irá importar será a última).

É um orbital esférico:




- Orbitais de formato e característica de elétrons do subnível p.

É um orbital formado por dois lóbulos (os elétrons podem estar em todo esse espaço), chamado de duplo ovoide.

E como cada orbital (com seus dois lóbulos) só podem ter 2 elétrons, para os orbitais do subnível p existem 3 possibilidades, pois existem três orientações espaciais possíveis para abrigar os seus 6 elétrons, podem seguir as linhas (x, y, z)).








Só é possível ficar no mesmo espaço (orbital) de uma mesma camada, no máximo dois elétrons e eles terão que estar emparelhados, o que quer dizer, com spins opostos (rotação opostas).


No subnível s possui-se 1 orbital (local onde são encontrados 2 elétrons), orbital abriga dois elétrons emparelhados.

No subnível p existe espaço de 3 orbitais, cada um podendo emparelhar 2 elétrons resultando então em uma capacidade de possuir 6 elétrons no total.

No subnível d existe 5 orbitais, podendo então possuir 10 elétrons.

No subnível f existe 7 orbitais, cada um tendo 2 elétrons emparelhados teria no máximo o total de 14 elétrons.


* Regra de Hund:

Essa regra diz que os elétrons em um mesmo subnível (subcamada: s, ou p, ou d, ou f) tendem a permanecer desemparelhados, o que quer dizer em orbitais diferentes, com spins paralelos (na mesma direção).

Até que se tenha ocupado todas as orbitais com elétrons com spins iguais, aí então começam a ocupar orbitais do subnível que já possuem um elétron ficando obrigatoriamente para isso acontecer em spin oposto ao que já estava na orbital.


Exemplo:

==========Matéria Relacionada - Química Orgânica============

Hibridização de Orbitais

sp - linear.

sp2 - trigonal.

sp3 - tetraédrica.

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