- Descreva o modelo atômico atual (modelo da mecânica quântica), explicando os conceitos de orbitais, números quânticos e a distribuição eletrônica dos átomos.
Passo 1
O enunciado pede uma descri~{a}o do modelo at^omico atual, ou seja, o modelo da mec^anica qu^antica. Vamos precisar falar da equa\c{c}~{a}o de Schr"{o}dinger, dos orbitais at^omicos (como regi~{o}es de probabilidade), dos quatro n’umeros qu^anticos que caracterizam cada orbital e das regras de distribui\c{c}~{a}o eletr^onica (Princ’ipio de Aufbau, Princ’ipio de Pauli e Regra de Hund).
Passo 2
No modelo qu^antico o el’etron n~{a}o `{e} uma part’icula puntual que orbita o n’ucleo, mas sim uma onda estacion’aria descrita por uma fun\c{c}~{a}o de onda
. Essa fun\c{c}~{a}o satisfaz a equa\c{c}~{a}o de Schr"{o}dinger independente do tempo:
onde
`{e} o potencial el’etrico do n’ucleo,
`{e} a energia quantizada e
`{e} a constante reduzida de Planck.
Passo 3
As soluções
dessa equação são chamadas de orbitais atômicos. Cada orbital é uma “nuvem de probabilidade” onde a densidade de probabilidade de encontrar o elétron é
. Os tipos principais de orbital são:
- orbital
: simetria esférica ( ), - orbital
: três lóbulos orientados ( ), - orbital
: formas mais complexas ( ), - orbital
: ainda mais complexos ( ).
Passo 4
Cada orbital é caracterizado por quatro números quânticos:
. Número quântico principal
, define o nível de energia e o tamanho do orbital.
. Número quântico azimutal
, define a forma do orbital (s, p, d, f).
. Número quântico magnético
, define a orientação espacial do orbital.
. Número quântico de spin
ou
, define o sentido do spin do elétron.
Passo 5
A distribuição eletrônica dos átomos no estado fundamental segue três regras:
. Princípio de Aufbau: preenchemos orbitais de menor para maior energia (ordem dada pelo diagrama diagonal de Madelung).
. Princípio de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos (
e
).
. Regra de Hund: em orbitais degenerados (mesmo
) os elétrons ocupam diferentes orbitais com spins paralelos antes de emparelhar.
Por exemplo, a configuração do oxigênio (
) é
seguindo a ordem e as regras acima.
Resposta
O modelo at^omico da mec^anica qu^antica descreve o el’etron como uma fun\c{c}~{a}o de onda
que satisfaz a equa\c{c}~{a}o de Schr"{o}dinger, cujas solu\c{c}~{o}es s~{a}o os orbitais at^omicos—regi~{o}es de alta probabilidade de presen\c{c}a eletr^onica. Cada orbital `{e} identificado pelos n’umeros qu^anticos
,
,
e
. A distribui\c{c}~{a}o eletr^onica nos 'atomos obedece ao Princ’ipio de Aufbau (preenchimento de menor para maior energia), ao Princ’ipio de Pauli (m’aximo de dois el’etrons por orbital com spins opostos) e `{a} Regra de Hund (el’etrons ocupam orbitais degenerados com spins paralelos antes de emparelhar).