Química GeralNúmeros quânticos Tópico resolvido

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amanda123
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Números quânticos

Mensagem não lida por amanda123 »

O Fe(II) é um íon indispensável ao funcionamento do organismo humano pois é o responsável pela ligação da hemoglobina ao gás oxigênio nos processos de trocas gasosas. Dentre os conjuntos de números quânticos {n, l, m, s} apresentados nas alternativas a seguir assinale qual deles representa um conjunto não permitido para os elétrons do subnível mais energético desse íon.
A) {3, 2, 1, 1/2}
B) {3, 2, -2, -1/2}
c) {3, 2, 0, 1/2}
D) {3, 2, -3, 1/2}

Última edição: Jigsaw (Sex 27 Mai, 2022 19:07). Total de 1 vez.
Razão: readequação do título (regra 4)



lmtosta
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Re: Números quânticos

Mensagem não lida por lmtosta »

amanda123,


Inicialmente, considerando que o ferro apresenta número atômico, Z, igual a 26, temos sua configuração eletrônica dada por:

Fe (Z = 26) = [tex3]1s^2, 2s^2, 2p^6, 3s^2, 3p^6, 4s^2, 3d^6[/tex3] .

É importante frisar que, na faixa de elementos da Tabela Periódica entre Z = 13 e Z = 31 (do alumínio ao gálio), a diferença de energia entre os subníveis "3d" e "4s" é tão baixa que, conforme o campo ligante ao redor de cada átomo, podemos ter o subnível "4s" como o mais energético ou o subnível "3d" nesse papel!!!!!!!!

Assim, no ferro metálico, temos o subnível "4s" ligeiramente menos energético que o "3d" (este último fortemente blindado da atração dos prótons do núcleo pelos subníveis "3s" e "3p"), porém em algumas ligas metálicas a situação se inverte, com o "4s" tornando-se o mais energético!!!!!!!!

Isso tudo porque diferentes átomos perturbam eletricamente o espaço ao redor de diferentes modos e diferentes intensidades, gerando campos elétricos diferentes, o que altera a posição relativa dos subníveis de energia de modo também diferente!!!!!!!!

Quando da oxidação de átomos de ferro, o campo ligante de outras substâncias perturba eletricamente o campo elétrico dos átomos de ferro do sistema em verificação, energizando temporariamente os átomos metálicos, fazendo o subnível "4s" retomar sua posição de nível mais energético e, na sequência, abstraindo os 2 elétrons de seu subnível mais externo, levando à formação de íons ferro(II) em solução, com os elétrons ejetados participando da redução de alguma outra espécie!!!!!!!!

A configuração eletrônica de íons ferro(II) assim fica:
[tex3]1s^2, 2s^2, 2p^6, 3s^2, 3p^6, 3d^6[/tex3]

Ou ainda, a configuração de gás nobre do elemento mais estável anterior e os demais níveis energéticos, configuração do argônio mais o subnível "d":
[tex3][Ar] 3d^6[/tex3]

Os números quânticos advém inicialmente da Espectroscopia, pouco antes do surgimento da Física Quântica, porém apenas o nível principal de energia "n" era inicialmente conhecido!!!!!!!!

À medida que estudos espectroscópicos de outros elementos químicos, diferentes do Hidrogênio, foram surgindo, novas raias espectrais foram sendo observadas e categorizadas conforme agrupamentos específicos!!!!!!!!

As raias espectrais mais brilhantes e marcantes luminosamente eram aquelas associadas a maiores energias, ou seja, transições de elétrons de níveis externos para níveis profundos e internos da matéria. Ficaram conhecidos como raias sharp!!!!!!!!!

Um outro grupo de raias espectrais, bastante comuns também, depois das raias "sharp", mas que demarcavam transições energéticas de energia menor que as anteriores, ficaram conhecidas como principal!!!!!!!!!

Em elementos químicos mais pesados, novas raias de menor energia foram surgindo, porém com diferença de energia tão baixa que era difícil separar uma raia de outra. Tais raias foram conhecidas como difusas ou, do inglês, diffuse!!!!!!!!

Essa situação das raias acima melhorou quando novos elementos, dos grupos de lantanídeos e actinídeos, eram estudados, com novas raias que voltaram a facilitar o estudo dos espectroscopistas. As raias passaram a ser conhecidas como fundamental!!!!!!!!!

Com o advento da Mecânica Quântica e resolução das Funções de Onda para cada valor genérico principal de energia, com "n" representando uma posição definida e quantizada, discreta, de energia, os estudos teóricos e espectroscópicos passaram a cruzar-se!!!!!!!!

Verificou-se que, dentro das várias raias espectrais de cada grupo de raias, que muitas das transições de energia ocorriam para o mesmo valor de "n", tanto para o grupo "sharp" e "principal", quanto para os demais!!!!!!!!!

Nesse contexto, surge a ideia e o conceito de "orbital", sendo que as transições do tipo "sharp" se refeririam resumidamente a orbitais "s", as transições do tipo "principal" a orbitais "p", as transições "diffuse" a orbitais "d" e as transições "fundamental" a orbitais "f", sendo a ideia do próprio "orbital" como derivada das órbitas de Niels Bohr, porém com uma abordagem estatística-probabilística de uma equação matemática com vistas a descrever a energia de elétrons a uma dada distância de seu núcleo e suas mudanças de valor quando da absorção ou emissão espontânea de fótons de luz!!!!!!!!!

Do que foi dito acima, deduz-se que existe pelo menos uma função de onda genérica para cada orbital do átomo analisado, sendo que o número de soluções possíveis para cada função de onda varia conforme o tipo de orbital!!!!!!!!

De níveis energéticos em geral a subníveis de energia dos orbitais, temos a descrição do elétron com, pelo menos, 2 números quânticos, o principal (n) e o do momento angular orbital, ou "azimutal" (l)!!!!!!!!!

Das resoluções das equações quânticas dos orbitais e da aplicação do Princípio da Exclusão de Pauli, advém que orbitais "s" apresentam 2 soluções específicas possíveis, orbitais "p" apresentam 6 soluções específicas possíveis, orbitais "d" apresentam 10 soluções específicas possíveis e orbitais "f" apresentam 14 soluções específicas possíveis!!!!!!!!

Dessa gama de soluções possíveis, é que advém o terceiro e quanto números quânticos, o número quântico do momento magnético orbital (m) e o número quântico do momento angular de spin (s)!!!!!!!!

Como cada solução de Função de Onda, até o terceiro número quântico, só traz 2 resultados possíveis pelo Princípio de Pauli, significa que o total de orbitais por tipo é, na verdade, a metade do que se tem de soluções da Função de Onda. Assim, como temos 2 soluções para orbitais "s", na verdade isso implica em um único orbital "s". Para 6 soluções de orbitais "p", temos um total de 3 orbitais "p" por nível. Para 10 soluções de orbitais "d", temos 5 orbitais "d" por nível. Para 14 soluções de orbitais "f", temos 7 orbitais "f" por nível!!!!!!!!!!

Voltando aos 2 primeiros números quânticos, as soluções das Funções de Onda genéricas apontam para os seguintes valores do número quântico secundário, "azimutal" (l):

l = 0 ---> para orbitais "s" ---> 2 elétrons máximo ----> 1 único subnível de energia.
l = 1 ---> para orbitais "p" ---> 6 elétrons máximo ----> 3 subníveis de energia.
l = 2 ---> para orbitais "d" ---> 10 elétrons máximo ----> 5 subníveis de energia.
l = 3 ---> para orbitais "f" ----> 14 elétrons máximo ----> 7 subníveis de energia.

Veja que existe uma relação matemática entre o número de subníveis de energia (N) e o número quântico "azimutal" (l):
[tex3]N = (2*l) + 1[/tex3] !!!!!!!!!!

Da comparação das Funções de Onda, vem que a relação máxima existente entre os números quânticos "n" e "l" é dada por:
n = 1 ----------> l máximo = 0
n = 2 ----------> l máximo = 1
n = 3 ----------> l máximo = 2
n = 4 ----------> l máximo = 3

E assim por diante!!!!!!!!!

Voltando ao íon ferro(II), temos que o subnível mais energético do íon é justamente o "3d"!!!!!!!!!

Conforme explicado anteriormente, para o subnível "3d" temos:
n = 3, l = 2.

Os 6 elétrons de valência são distribuídos entre os 5 subníveis de energia (com "m" variando de -2 a +2) de modo que primeiramente devemos evitar a máxima repulsão possível entre eles, distribuindo 1 para cada subnível, sendo que um deles ficará com 2 elétrons necessariamente, já que são 6 elétrons para 5 subníveis!!!!!!!!!

Note que o único conjunto impossível de representar o ferro(II) é o da letra "D", pois o número "-3" da terceira posição representa um número quântico de momento magnético de um orbital "f"!!!!!!!!

E não existem orbitais "f" para um nível de energia n = 3!!!!!!!!

As demais alternativas são viáveis!!!!!!!!

Portanto, resposta correta é a letra "D"!!!!!!!!!




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