Você já viu alguma questão de vestibular que fale sobre números quânticos? Devido a sua importância para as tecnologias recentes, esse assunto tem aparecido com maior frequência nas provas.
Veja, no artigo a seguir, quais são os números quânticos, as principais informações relacionadas a eles e como você pode fazer para determinar o número quântico de um átomo qualquer. Acompanhe!
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O que é número quântico?
Os números quânticos são códigos matemáticos, utilizados para determinar o estado de energia dos elétrons em um átomo. Para entendê-los, é muito importante ter um conhecimento básico sobre distribuição eletrônica e níveis de energia.
Essa simbologia nasceu a partir dos estudos de Werner Heisenberg: ele notou que era impossível determinar a localização e a velocidade exata de um elétron em um determinado instante — sempre haveria uma imprecisão nos valores.
Então, Schrodinger se aprofundou no modelo dos orbitais eletrônicos, que traduz a região em que é provável determinar a localização de um elétron. Para encontrar essas propriedades, ele utilizou equações matemáticas e números quânticos.
Conforme esse panorama histórico, um conjunto de números quânticos indica a posição eletrônica na eletrosfera. Dessa forma, um átomo não possui dois números quânticos iguais, visto que essa determinação é específica para cada partícula subatômica negativa.
Número quântico principal (n)
O número quântico principal é aquele que indica a camada energética do elétron — em qual órbita ele se encontra e qual sua distância em relação ao núcleo.
Dessa forma n é um numeral positivo e diferente de 0. Além disso, sua numeração está atrelada às letras que representam as camadas eletrônicas:
- K → n=1;
- L → n=2;
- M → n=3;
- N → n=4;
- O → n=5;
- P → n=6; e
- Q → n=7.
Por exemplo, se a distribuição eletrônica termina em 1s2 (no caso o átomo de Hélio), os dois elétrons têm o número quântico principal igual a 1.
Número quântico secundário ou azimutal (ℓ)
Esse é o código utilizado para referenciar o subnível em que o elétron se encontra. O valor é igual ou maior que zero e, assim como no caso anterior, existe uma correspondência entre esse número quântico e os subníveis s, p, d e f:
- s → ℓ=0;
- p → ℓ=1;
- d → ℓ=2; e
- f → ℓ=3.
Alguns estudos apontam ainda que, nos elementos conhecidos até a atualidade, se o número quântico principal é n, o valor de ℓ = n – 1.
Considerando o mesmo átomo de Hélio utilizado no exemplo anterior, com distribuição eletrônica igual a 1s2:
O último elétron está subnível energético “s”. Segundo a representação demonstrada acima, o subnível s tem o valor ℓ=0.
Dessa maneira, os números quânticos do átomo de Hélio, até agora são:
n=1 e ℓ=0.
Número quântico magnético (m)
É o terceiro número do código matemático adotado e representa a região do orbital onde há maior probabilidade de encontrar determinado elétron.
Para isso, foram determinados orbitais em cada subnível. Cada orbital possui, no máximo, 2 elétrons em sua composição. Por isso, você deve encontrar a capacidade máxima de um subnível energético e dividi-la por 2, assim acha-se o número de orbitais em s, p, d e f. Confira na tabela abaixo:
| Subnível | Número de orbitais | Representação numérica (m) | Representação gráfica |
| s (ℓ=0) | 1 orbital | orbital 0 | ⬜ |
| p (ℓ=1) | 3 orbitais | orbitais (-1,0 e +1) | ⬜⬜⬜ |
| d (ℓ=2) | 5 orbitais | orbitais (-2,-1,0,+1 e +2) | ⬜⬜⬜⬜⬜ |
| f (ℓ=3) | 7 orbitais | orbitais (-3,-2,-1,0,+1, +2 e +3) | ⬜⬜⬜⬜⬜⬜⬜ |
Conforme a tabela anterior, pode-se afirmar que o valor de m varia entre – ℓ e + ℓ.
No caso do elemento Hélio, pode-se afirmar que o único valor de m possível é igual a 0, já que sua distribuição eletrônica se encerra no subnível s2.
Número quântico magnético de spin (ms)
Esse número quântico representa o sentido de rotação do elétron em meio a estrutura atômica. Isso acontece porque os elétrons que se situam no mesmo orbital possuem giros de sentido oposto — situação que garante a não repulsão entre eles.
A Regra de Hund diz que é necessário manter o maior número de elétrons desemparelhados no átomo. Então, para encontrar o ms, você deve preencher cada quadrado dos gráficos da esquerda para a direita com uma seta para cima — cada setinha representará um elétron no orbital.
Se todos os quadradinhos já estiverem preenchidos com uma seta para cima e ainda assim sobrar elétrons, você deve voltar adicionando setas para baixo, também da esquerda para a direita, até que acabem os elétrons do átomo.
Considera-se que os valores de ms podem ser ms=+½ (↓) ou ms=-½ (↑).
Continuando o estudo do último elétron no átomo de Hélio:
Se a distribuição eletrônica termina em 1s2, assume-se que o valor de m=0 e que somente um orbital será preenchido pelos dois elétrons:
Como a última seta (que representa o último elétron) aponta para baixo, entende-se que o valor de ms=+½ (↓).
Com tudo isso, concluímos que o conjunto de número quânticos que determinam o último elétron do átomo de Hélio será:
2He → 1s2
n = 1 (camada K)
ℓ = 0 (subnível s)
m = 0 (único orbital de s)
ms=+½ (sentido da seta)
Questão de Vestibular
Para consolidar ainda mais seu conhecimento sobre assunto, veja a resolução da questão abaixo, que apareceu na prova da Universidade Estadual do Ceará em 2017
Na distribuição eletrônica do 38Sr88, o 17º par eletrônico possui os seguintes valores dos números quânticos (principal, secundário, magnético e spin):
a) 4, 2, 0, -½ e +½.
b) 4, 1, +1, -½ e +½.
c) 4, 1, 0, -½ e +½.
d) 4, 2, -1, -½ e +½.
Considera-se que o átomo possui número de elétrons igual a 38. Com isso, faz-se a distribuição eletrônica, conforme o diagrama de Linus-Pauling:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2
Nota-se que o 17º par eletrônico (34 elétrons) está em 4p6, de forma que as primeiras informações já podem ser obtidas aqui:
38Sr88 → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2
n = 4 (camada N)
ℓ = 1 (subnível p)
O local orbital desse par eletrônico deve ser obtido na distribuição gráfica — considere que esse par é o segundo do subnível 4p.
m = 0 (orbital em que se encontra o 17º par)
ms=+½ e -½ (sentido das setas presentes nesse orbital)
De maneira que a alternativa correta é a letra C.
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