Quando o elétron salta de uma camada mais interna para uma camada mais externa?

Licenciatura Plena em Química (Universidade de Cruz Alta, 2004)
Mestrado em Química Inorgânica (Universidade Federal de Santa Maria, 2007)

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No ensaio conhecido como teste da chama, ocorrem interações atômicas através dos níveis e subníveis de energia quantizada de um átomo de um cátion metálico. Considerando-se o átomo de potássio, por exemplo, onde o elétron 4s1 é o mais externo, este elétron pode ser elevado para um subnível mais externo quando sob uma fonte intensa de energia (calor), chegando a 4p1, ocorrendo assim a sua excitação eletrônica. O elétron excitado, entretanto, apresenta tendência a retornar ao seu estado natural de 4s1, emitindo um quantum de energia (fóton) quando em seu retorno ao subnível de menor energia, que é uma quantidade de energia bem definida e única para cada cátion metálico, a qual pode servir para a sua identificação. No caso do cátion potássio, obtém-se uma coloração violeta da chama, sendo esta a coloração capaz de identificar este cátion, uma vez que é devido à diferença de energia entre os subníveis 4s e 4p para o átomo em questão.

A figura mostrada abaixo resume este processo. A absorção de energia promove os elétrons periféricos para um estado de mais alta energia (estado excitado), no momento em que cessa essa adição de energia, esses elétrons retornam à sua posição de origem, devolvendo a energia recebida sob a forma de luz (que nós percebemos como cor).

Absorção e emissão de energia para o átomo.

Em 1913, Niels Bohr, após uma série de experimentações e ensaios matemáticos, elaborou três postulados muito importantes para a compreensão que temos hoje a respeito da estrutura atômica.

Enquanto o elétron está numa determinada orbita, sua energia é constante.
Se o elétron receber energia suficiente, ele saltará a uma orbita com energia superior.
Ao retornar a sua orbita de origem, o elétron emite, na forma de ondas eletromagnéticas, a mesma quantidade de energia absorvida.

Com relação ao teste da chama, os postulados de Bohr prestam-se muito bem ao se buscar uma explicação às observações. A queima de um sal metálico implica na promoção de elétrons, cujo retorno é revelado pela emissão de luz. Assim, um elétron pode passar de um nível para outro de maior energia, desde que absorva energia externa (ultravioleta, luz visível, infravermelho etc.). Quando isso acontece, dizemos que o elétron foi excitado e que ocorreu uma transição eletrônica. Já a transição de retorno deste elétron ao nível inicial se faz acompanhar pela liberação da energia na forma de ondas eletromagnéticas, como, por exemplo, a luz visível, que é percebida por nossos sentidos como uma coloração.

Referências:
FELTRE, Ricardo, Química Orgânica, Ed. Moderna, 6ª Edição, São Paulo, 2004.

PERUZZO, Francisco; CANTO, Eduardo Leite, Química na abordagem do Cotidiano, Ed. Moderna, 3ª Edição, São Paulo, 2003.

ATKINS, Peter; JONES, Loreta; Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente, Porto Alegre: Bookman, 2001.

Ilustração: //portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/10951/TesteDeChama/Teste_de_Chama.html

Texto originalmente publicado em //www.infoescola.com/quimica/explicacao-em-bohr-para-o-teste-da-chama/

Índice

Introdução

Foi o cientista americano Linus C. Pauling que apresentou a teoria de distribuição eletrônica mais aceita atualmente, na qual os elétrons são dispostos nos átomos em ordem crescente de energia. Segundo essa teoria, o elétron recebe energia para saltar de uma camada interna para uma camada mais externa. Para voltar à camada original, libera energia na forma de luz.

A ordem crescente de energia dos subníveis eletrônicos é:

s < p < d < f

Os elétrons de um mesmo subnível contém a mesma quantidade de energia e tendem a ocupar o subnível de menor energia disponível.

Uma das principais características das camadas eletrônicas é que cada uma delas possui uma quantidade máxima de elétrons que pode comportar, como mostra a tabela a seguir:

Camada eletrônica	K	L	M	N	O	P	Q
Número máximo de elétrons	2	8	18	32	32	18	8

Os subníveis também apresentam uma quantidade máxima de elétrons que podem comportar, como mostra a próxima tabela:

Subnível	s	p	d	f
Número máximo de elétrons	2	6	10	14
Representação	s2	p6	d10	f14

Para facilitar a visualização da ordem crescente de energia das camadas eletrônicas e de seus subníveis, foi criado o diagrama de Linus Pauling, mostrado abaixo.

As setas indicam a ordem crescente dos níveis de energia, e os elétrons irão preencher a eletrosfera obedecendo à seguinte ordem:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6

Exemplos de distribuição eletrônica por subnível nos átomos:

1H: 1 elétron → 1s1

Nível 1

Camada K

1s2

12Mg: 12 elétrons → 1s2 2s22p6 3s2

Nível 1 Nível 2 Nível 3

Camada K Camada L Camada M

2 e- 8 e- 2 e-

1s2 2s2 2p6 3s2

8O: 8 elétrons → 1s2 2s22p4

Nível 1 Nível 2

Camada K Camada L

2 e- 6 e-

1s2 2s2 2p4

26Fe: 26 elétrons → 1s2 2s22p6 3s2 3p6 3d6 4s2

Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4

Camada K Camada L Camada M Camada N

2 e- 8 e- 10 e- 2 e-

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Note que no caso do ferro, de acordo com a ordem crescente de energia, o subnível 4s2 aparece antes do subnível 3d6.

Podemos escrever essa configuração eletrônica de dois jeitos: pela ordem crescente de energia ou, ainda, pela ordem geométrica, também chamada de ordem de distância.

21Sc:

Ordem crescente de energia: 1s22s22p63s2 3p6 4s2 3d1
Ordem geométrica: 1s22s22p63s2 3p6 3d6 4s2

Neste caso, o último subnível, aquele mais distante do núcleo, é o 4s2. Este subnível está localizado na camada de valência e é aí que estão os dois elétrons de valência. Apesar disso, o subnível mais energético é o 3d1.

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Distribuição Eletrônica nos Íons

A distribuição eletrônica dos íons é bem semelhante à dos átomos sem carga elétrica. Os elétrons que um átomo ganha ou perde serão inseridos ou retirados da última camada eletrônica, e não do subnível mais energético.

Exemplos para cátions

Quando o átomo de estrôncio (38Sr) perde dois elétrons, se transforma no íon Sr+2. A configuração eletrônica dos dois é a seguinte:
38Sr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p65s2
38Sr+2: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
Quando o átomo de potássio (19K) perde um elétron, se transforma no íon K+. A configuração eletrônica dos dois é a seguinte:
19K: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s1
19K+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Exemplos para ,

Quando o átomo de enxofre (16S) ganha dois elétrons, se transforma no íon S-2. A configuração eletrônica dos dois é a seguinte:
16S: 1s2 2s2 2p6 3s23p4
16S-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Quando o átomo de bromo (35Br) ganha um elétron, se transforma no íon Br-. A configuração eletrônica dos dois é a seguinte:
35Br: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d104p5
35Br-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6

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Na Tabela Periódica

Se você tiver apenas a distribuição eletrônica, é possível descobrir qual é o átomo de forma muito rápida.

As camadas eletrônicas (K, L, M, N, O, P, Q) representam os períodos (linhas 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) na Tabela Periódica. Para saber de qual família (coluna) o átomo é, podemos contar quantos elétrons existem na camada de valência ou no subnível mais energético. Observe a distribuição eletrônica na tabela periódica abaixo.

Exemplo: Um átomo possui a seguinte configuração eletrônica:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p5

Para saber qual átomo é, vamos facilitar a visualização da camada de valência escrevendo da seguinte forma:

K - 1s2

L - 2s2 2p6

M - 3s2 3p6 3d10

N - 4s2 4p6 4d10

O - 5s25p5 → período: 5, família VIIA (7 elétrons na camada de valência)

Exercício de fixação

Unirio/1996

Os sais de Cr6+, são, em geral, solúveis no pH biológico e, portanto, tem fácil penetração. Daí a sua toxidade para seres humanos. Por outro lado, os compostos de Cr3+ são pouco solúveis nesse pH, o que resulta em dificuldade de passar para o interior das células. Indique a opção que corresponde a configuração eletrônica do íon Cr3+.

Dado: [Ar] = Argônio (Z = 18); Cr (Z = 24)

A [Ar] 4s² 3d¹

B [Ar] 3d²

C [Ar] 3d³

D [Ar] 4s³ 3d4

E [Ar] 4s¹ 3d5

Quando um elétron salta de uma camada mais externa?

Quando um elétron salta para uma camada mais externa ele absorve energia. A energia emitida é em forma de luz. Chamamos essa energia de “quantum” de energia. O “quantum” também é chamado de fóton.

Quando o átomo ganha energia o elétron salta para uma camada mais externa Segundo Bohr?

De acordo com a teoria de Bohr, quando um átomo recebe energia, seu elétron passa para um nível de energia maior, permanecendo em um estado excitado. Ao retornar à sua órbita original, o elétron deve liberar a energia absorvida na forma de luz no espectro visível, denominada fóton.

Quando o elétron de um átomo salta de uma camada mais externa para outra mais próxima do núcleo há absorção de energia?

Isso ocorre sempre que o elétron recebe um raio de luz, absorve a energia luminosa e passa de uma órbita mais próxima do núcleo atômico para outra mais distante. Em seguida, emite a energia absorvida, novamente na forma de um átomo de luz, e dá um salto quântico.

Quando o átomo recebe energia o elétron salta de uma órbita mais interna para uma mais externa?

III- Ao receber energia, o elétron pode saltar para outra órbita, mais energética. Dessa forma, o átomo fica instável, pois o elétron tende a voltar à sua orbita original. Quando o átomo volta à sua órbita original, ele devolve a energia que foi recebida em forma de luz ou calor.

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