Estrutura eletrônica dos átomos

Modelo de mecânica quântica

Um átomo consiste em um pequeno núcleo carregado positivamente cercado por elétrons. O núcleo contém prótons e nêutrons. Os prótons têm carga de +1 e massa de 1,0073 u. Os nêutrons têm carga zero e massa de 1,0087 u. Os elétrons têm carga de -1 e massa de 0,00055 u. O número de prótons no núcleo é chamado de número atômico (Z) e define a identidade elementar de um átomo. A soma dos números de prótons e nêutrons no núcleo é chamada de número de massa e, expressa em u, é aproximadamente igual à massa do átomo. Um átomo é neutro quando contém números iguais de elétrons e prótons.

Vários modelos foram propostos para descrever a estrutura atômica explicando a distribuição dos elétrons ao redor do núcleo. A relação de Broglie quantificou que os elétrons têm propriedades tanto de partícula quanto de onda. Quantificando ainda mais esta dualidade onda-partícula, Heisenberg forneceu o princípio da incerteza: a posição (associada à natureza da partícula) e a velocidade ou a energia (associada à natureza da onda) do elétron não podem ser determinadas simultaneamente com total precisão. O modelo de mecânica quântica fornece uma imagem mais precisa da estrutura atômica. Descreve a posição tridimensional de um elétron com uma energia específica, contida em um átomo, de forma probabilística em termos do quadrado da função de onda, ψ2. As funções de onda atômicas, ou orbitais atômicos, descrevem as regiões de um átomo onde os elétrons têm maior probabilidade de serem encontrados.

Um orbital atômico é caracterizado por três números quânticos. O número quântico principal, n, agrupa orbitais em termos de localização do nível de energia, ou ‘camada’. O momento angular ou número quântico azimutal, l, agrupa os orbitais com base em suas formas em “subníveis”. Possui valores inteiros de 0 a n–1 e é representado pelas letras: s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3), g (l = 4) e h (l = 5). O número quântico magnético, ml, com valores 2l + 1 variando de –l a +l, descreve a orientação do orbital no espaço. Além disso, cada elétron possui um número quântico de spin, ms, que pode ser igual a ±1/2. Não existem dois elétrons no mesmo átomo que possam ter o mesmo conjunto de valores para todos os quatro números quânticos.

Este texto foi adaptado de  Openstax, Chemistry 2e, Section 6.