Compare as formas e as energias dos orbitais nos seguintes pares:
2 s e 2 p
2 s e 2 p
Passo 1
O enunciado pede para comparar as formas (geometria e nós) e as energias dos orbitais atômicos
e
. Vamos usar conceitos de números quânticos, nós radiais e angulares, simetria das funções de onda e o efeito de penetração/escudo em átomos de múltiplos elétrons.
Passo 2
Para entender a forma de cada orbital, lembramos que cada orbital é caracterizado pelo número principal
e pelo azimutal
:
- No caso de
: e . A função de onda é esfericamente simétrica, ou seja, independe de direção. Ela possui
um nó radial, pois o número de nós radiais é. Portanto o orbital é uma casca esférica com um anel onde a densidade de probabilidade é zero, separando duas regiões de sinal oposto da função de onda. - No caso de
: e . A função de onda tem dependência angular do tipo , resultando em duas “folhas” (lobos) apontando em direções opostas (em torno dos eixos , ou , dependendo de ). O número de nós radiais é , mas há um nó angular (plano nodal) onde a função de onda muda de sinal e a densidade é zero.
Passo 3
Agora, as energias desses orbitais:
- Em um átomo de hidrogênio isolado (sistema de um elétron), a energia depende apenas de
:
Assim, para
, tanto
quanto
têm a mesma energia (\emph{degenerescência}).
- Em átomos polieletrônicos, ocorre o efeito de penetração e blindagem: o orbital
penetra mais próximo do núcleo, “sentindo” maior carga nuclear efetiva, enquanto o fica, em média, mais distante e é mais blindado pelos elétrons internos. Como resultado, em átomos reais
Resposta
Orbital
: simetria esférica, um nó radial; orbital
: forma de dois lobos, sem nó radial mas com um nó angular (plano nodal).
No átomo de hidrogênio: (degenerados).
Em átomos polieletrônicos: devido à maior penetração de
e ao maior blindagem de
.
No átomo de hidrogênio:
Em átomos polieletrônicos: