Orbital atômico

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Orbitais atómicas.

Orbitais atômicos (português brasileiro) ou Orbitais atómicas (português europeu) de um átomo, é a denominação dos estados estacionários da função de onda de um elétron (funções próprias do Hamiltoniano (H) na equação de Schrödinger HΨ = EΨ, onde Ψ é a função de onda).[1] Entretanto, os orbitais não representam a posição exata do elétron no espaço, que não pode ser determinada devido à sua natureza ondulatória; apenas delimitam uma região do espaço na qual a probabilidade de encontrar o elétron é mais alta.[2]

Números quânticos: n, l, m e s[editar | editar código-fonte]

  • O valor do número quântico n (número quântico principal ou primário, que apresenta os valores 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7 [também representado por K, L, M, N, O, P e Q]) define o tamanho do orbital. Quanto maior o número, maior o volume do orbital. Também é o número quântico que tem a maior influência na energia do orbital.
  • O valor do número quântico l (número quântico secundário ou azimutal, que apresenta os valores 0, 1, 2, …, n-1) indica a forma do orbital e o seu momento angular. O momento angular é determinado pela equação:
|L|=\hbar \cdot \sqrt{l(l+1)}

A notação científica (procedente da espectroscopia) é a seguinte:

  • l = 0, orbitais s
  • l = 1, orbitais p
  • l = 2, obitais d
  • l = 3, orbitais f
  • l = 4, orbitais g.

Para os demais orbitais segue-se a ordem alfabética.

  • O valor do ml (número quântico terciário ou magnético, que pode assumir os valores -l…0…+l) define a orientação espacial do orbital diante de um campo magnético externo. Para a projeção do momento angular diante de um campo externo, verifica-se através da equação:
L_z=\hbar \cdot m
  • O valor de ms (número quântico magnético de spin ou spin) pode ser +1/2 ou -1/2.o valor de s que equivale a uma valor fixo 1/2.

Pode-se decompor a função de onda empregando-se o sistema de coordenadas esféricas da seguinte forma:

Ψn, l, ml = Rn, l (r) Θl, ml (θ) Φml (φ)

Onde

  • Rn, l (r) representa a distância do elétron até o núcleo, e
  • Θl, ml (θ) Φml (φ) a geometria do orbital.

Para a representação do orbital emprega-se a função quadrada, |Θl, ml (θ)|² |Φml (φ)|², já que esta é proporcional à densidade de carga e, portanto, a densidade de probabilidade, isto é, o volume que encerra a maior parte da probabilidade de encontrar o elétron ou, se preferir, o volume ou a região do espaço na qual o elétron passa a maior parte do tempo.

Orbital s[editar | editar código-fonte]

O orbital s tem simetria esférica ao redor do núcleo. Na figura seguinte, são mostradas duas alternativas de representar a nuvem eletrônica de um orbital s:

  • Na primeira, a probabilidade de encontrar o elétron (representada pela densidade de pontos) diminui à medida que nos afastamos do núcleo.
  • Na segunda, se apresenta o volume esférico no qual o elétron passa a maior parte do tempo.

Pela simplicidade, a segunda forma é mais utilizada.

Para valores de número quântico principal maiores que um, a função densidade eletrônica apresenta n-1 nós, nos quais a probabilidade tende a zero. Nestes casos, a probabilidade de encontrar o elétron se concentra a certa distância do núcleo.

Es-Orbital s.png

Orbital p[editar | editar código-fonte]

A forma geométrica dos orbitais p é a de duas esferas achatadas até o ponto de contato (o núcleo atómico) e orientadas segundo os eixos de coordenadas. Em função dos valores que pode assumir o terceiro número quântico m (-1, 0 e +1), obtém-se três orbitais p simétricos, orientados segundo os eixos x, z e y. De maneira análoga ao caso anterior, os orbitais p apresentam n-2 nós radiais na densidade eletrónica, de modo que, à medida que aumenta o valor do número quântico principal, a probabilidade de encontrar o elétron afasta-se do núcleo atômico.

Es-Orbitales p.png

Orbital d[editar | editar código-fonte]

Os orbitais d tem uma forma mais diversificada: quatro deles têm forma de 4 lóbulos de sinais alternados (dois planos nodais, em diferentes orientações espaciais), e o último é um duplo lóbulo rodeado por um anel (um duplo cone nodal). Seguindo a mesma tendência, apresentam n-3 nós radiais.

Orbitales d.jpg

Referências

  1. Milton Orchin, Roger S. Macomber, Allan Pinhas e R. Marshall Wilson (2005). Atomic Orbital Theory (PDF) (em inglês). Media.wiley.com.
  2. Daintith, J.. Oxford Dictionary of Chemistry (em inglês). Nova Iorque: Oxford University Press, 2004. ISBN 0-19-860918-3