Sobre orbitais atômicos: quais são as diferenças entre os diferentes orbitais (s, p, d…)? E entre mesmo orbitais de camadas diferentes (ex. 1s, 2s, 3s)?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
. Quais são as diferenças entre orbitais de tipo distinto (
,
,
, ···).
. Quais são as diferenças entre orbitais do mesmo tipo, mas em camadas diferentes (por exemplo,
s versus
s versus
s).
Para responder, vamos recorrer aos números quânticos—principal , azimutal
e magnético
—e ao que eles significam para forma, nós (zeros da função de onda), energia e tamanho do orbital.
Para responder, vamos recorrer aos números quânticos—principal
Passo 2
Diferenças entre orbitais
,
,
, ···
- O número quântico azimutal
define o “tipo” de orbital: -
orbital -
orbital -
orbital
···
-
- Forma e nós angulares:
- Orbitais
são esféricos (nenhum nó angular). - Orbitais
têm forma de haltere, com um nó angular (plano) onde a densidade é zero. - Orbitais
têm formas em trevo ou anel, com dois nós angulares.
- Orbitais
- Orientação no espaço: cada subshell comporta
orbitais degenerados em átomos hidrogenoides (por exemplo, três orientações para : , , ). - Degenerescência e energia em átomos multieletrônicos: em átomos reais, orbitais com mesmo
tendem a ter energias semelhantes (Regra de Madelung), e o grau de penetração e blindagem também altera a ordem relativa entre, por exemplo, e .
Passo 3
Diferenças entre
s,
s,
s, ··· (mesmo
, mas
varia)
- O número quântico principal
controla energia, tamanho e número de nós radiais: - Para
s: , sem nenhum nó radial. - Para
s: , um nó radial (aparece como um anel onde a densidade cai a zero). - Para
s: , dois nós radiais, e assim por diante.
- Para
- Tamanho do orbital: à medida que
cresce, aumenta o raio médio do orbital (ele “se espalha” mais longe do núcleo). - Energia: orbitais com maior
são menos ligados (energia menos negativa). - Penetração e blindagem: orbitais de ordem mais alta (ex.:
s) penetram menos junto ao núcleo e sofrem maior blindagem pelos elétrons internos, elevando um pouco sua energia em relação a orbitais de mesmo e mais penetrantes.
Resposta
Orbitais de tipos diferentes (
) distinguem-se pelo número quântico azimutal
, que fixa a forma, o número de nós angulares e quantas orientações (
) existem. Em átomos multieletrônicos, policiais de energia seguem basicamente a “regra de Madelung” (
) e a penetração/blindagem.
Já orbitais do mesmo tipo em camadas diferentes (
s,
s,
s, ···) diferenciam-se pelo número quântico principal
:
– o número de nós radiais cresce,
– o raio médio e o volume do orbital aumentam,
– a energia torna-se menos negativa (menos ligado),
– e a capacidade de penetração junto ao núcleo diminui, aumentando a blindagem pelos elétrons internos.
– o número de nós radiais
– o raio médio e o volume do orbital aumentam,
– a energia torna-se menos negativa (menos ligado),
– e a capacidade de penetração junto ao núcleo diminui, aumentando a blindagem pelos elétrons internos.