Química Geral ⇒ Eletron excitado e salto dentro de subnivel Tópico resolvido

[Argean]

Bom dia a todos.

Um tópico de uma questão me chamou a atenção (viewtopic.php?p=218699#p218699): Segue abaixo:

II. A configuração eletrônica [tex3]1S^{2}2S^{2}2Px^{2}Py^{2}[/tex3] representa um estado excitado do átomo de oxigênio. (CORRETO)

Não compreendi porque um átomo excitado tem seu elétron mudando de orbital no mesmo subnível, deixando Pz vazio. A configuração no estado fundamental prevê 2 eletrons em Px, 1 em Py e 1 em Pz ([tex3]2P^{4}[/tex3]

Código: Selecionar tudoSHIFT+Click na eq = ZOOM

[tex3]2P^{4}[/tex3]

).

Ele não deveria ter configuração excitada igual a [tex3]1S^{2}2S^{2}2P^{3}3S^{1}[/tex3]

Código: Selecionar tudoSHIFT+Click na eq = ZOOM

[tex3]1S^{2}2S^{2}2P^{3}3S^{1}[/tex3]

?

Ou seja, o elétron do orbital (n=2, l=1, m=-1, s=-1/2) não deveria saltar para o próximo nível?
Pelo tópico acima, o elétron do ultimo orbital (2Pz) retornar para 2Py.

Ou o elétron excitado deve, primeiro, preencher todos os orbitais disponíveis em seu nível só pra depois mudar o nível?

Valeu, amigos.

[Jigsaw]

Bom dia a todos.

Um tópico de uma questão me chamou a atenção (viewtopic.php?p=218699#p218699): Segue abaixo:

II. A configuração eletrônica [tex3]1S^{2}2S^{2}2Px^{2}Py^{2}[/tex3] representa um estado excitado do átomo de oxigênio. (CORRETO)

Não compreendi porque um átomo excitado tem seu elétron mudando de orbital no mesmo subnível, deixando Pz vazio. A configuração no estado fundamental prevê 2 eletrons em Px, 1 em Py e 1 em Pz ([tex3]2P^{4}[/tex3]

Código: Selecionar tudoSHIFT+Click na eq = ZOOM

[tex3]2P^{4}[/tex3]

).

Ele não deveria ter configuração excitada igual a [tex3]1S^{2}2S^{2}2P^{3}3S^{1}[/tex3]

Código: Selecionar tudoSHIFT+Click na eq = ZOOM

[tex3]1S^{2}2S^{2}2P^{3}3S^{1}[/tex3]

?

Ou seja, o elétron do orbital (n=2, l=1, m=-1, s=-1/2) não deveria saltar para o próximo nível?
Pelo tópico acima, o elétron do ultimo orbital (2Pz) retornar para 2Py.

Ou o elétron excitado deve, primeiro, preencher todos os orbitais disponíveis em seu nível só pra depois mudar o nível?

Valeu, amigos.

Argean, FINALMENTE tive um tempo para pesquisar e REFLETIR melhor sobre as indagações acima e encontrei um artigo publicado no domínio da NASA abordando o assunto:

"2. Atomic oxygen
Atomic oxygen has a total of eight electrons. Using the electronic orbitals and the Pauli exclusion principle to fill the orbitals with electrons, the electronic configuration of atomic oxygen is 1s2 2s2 2p4. Since the 2p orbitals are partially filled, there are three different ways to arrange the electrons in the 2px, 2py and 2pz orbitals (Figure 1). According to Hund's first rule, the ground state configuration corresponds to an orbital occupancy that gives the highest multiplicity [1]. The first configuration has a multiplicity of 3 (hence termed triplet), and the other configurations have a multiplicity of 1 (hence termed singlet). Therefore, the ground state of atomic oxygen has two unpaired electrons (bi‐radical),
and is designated as 3 P ("triplet P") state. The Hund's second rule states that for two configurations with the same multiplicity, the configuration with the highest total orbital angular momentum (L) has the lowest energy. Since the second configuration has the higher L value, its energy is lower. It is the first excited state of atomic oxygen, designated as the 1 D ("singlet D") state. The configuration 1 S is the second excited state. "
Fonte: https://three.jsc.nasa.gov/articles/Rad ... idebar.pdf
[1] The multiplicity is given by 2S+1, where S is the spin. The spin of an electron is (+/‐) 1/2

TRADUZINDO:
"2. Oxigênio atômico
O oxigênio atômico tem um total de oito elétrons. Usando os orbitais eletrônicos e a exclusão de Pauli princípio de preencher os orbitais com elétrons, a configuração eletrônica do oxigênio atômico é 1s2 2s2 2p4. Como os orbitais 2p estão parcialmente preenchidos, existem três maneiras diferentes de organizar os elétrons no Orbitais 2px, 2py e 2pz (Figura 1). De acordo com a primeira regra de Hund, a configuração do estado fundamental corresponde a uma ocupação orbital que dá a maior multiplicidade [1]. A primeira configuração tem um multiplicidade de 3 (portanto denominado tripleto), e as outras configurações têm uma multiplicidade de 1 (portanto denominado singleto). Portanto, o estado fundamental do oxigênio atômico tem dois elétrons desemparelhados (bi-radical), e é designado como 3 Estado P ("tripleto P"). A segunda regra do Hund afirma que para duas configurações com mesma multiplicidade, a configuração com o maior momento angular orbital total (L) tem o energia mais baixa. Como a segunda configuração possui maior valor de L, sua energia é menor. É o primeiro estado excitado do oxigênio atômico, designado como 1 Estado D ("singuleto D"). A configuração 1 S é o segundo estado excitado."

[1] A multiplicidade é dada por 2S+1, onde S é o spin. O spin de um elétron é (+/‐) 1/2.

De acordo com esse TEXTO o estado Fundamental do atomo de oxigenio seria onde 1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1 (pela regra da MULTIPLICIDADE), entao as duas possiveis combinações seguintes seria o estado excitado:
1s2 2s2 2px2 2py2
1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1 (mas com spins em sentido contrario conforme Figura 1 indicada no link da Fonte acima).

Agora por que ao inves do eletron ficar "transitando" dentro do subnivel 2p ele não "salta" para o subnivel 3s que seria o próximo? Entao pelo que entendi para que isso ocorra seria necessário fornecer ENERGIA na forma de FOTON ou ONDA ELETROMAGNÉTICA conforme TEXTO:

"Transição de níveis de energia
Elétrons em átomos e moléculas podem trocar (fazer transição) de níveis de energia ao emitirem ou absorverem um fóton, ou radiação eletromagnética, tal energia deve ser exatamente igual à diferença energética entre os dois níveis. Elétrons podem também ser completamente removidos de uma espécie química, como um átomo, molécula, ou íon. A remoção completa de um elétron de um átomo pode ser uma forma de ionização, que é efetivamente mover o elétron para um orbital com um número quântico principal infinito, tão longe de forma a praticamente não ter efeito algum sobre o átomo remanescente (íon). Para vários tipos de átomos, existem a 1ª, 2ª, 3ª energia de ionização e assim por diante, que podem ser fornecidas ao átomo em estado fundamental para remover elétrons do menor ao maior nível de energia. Energia em quantidades opostas também pode ser liberada, muitas vezes em forma de energia fotoelétrica, quando elétrons entram em contato com ións positivamente carregados (ou átomos). Moléculas também podem passar por transições em seus níveis de energia vibracionais e rotacionais. A transição de nível de energia também pode ser não-radioativa, significando que não ocorre a emissão ou absorção de um fóton.

Se um átomo, íon ou molécula está no menor nível de energia possível, ele e seus elétrons são ditos em estado fundamental. Se estão no maior nível de energia, são ditos excitados, ou qualquer elétron possui uma energia maior que o estado fundamental está excitado. Tal espécie pode ser excitada a um nível de energia maior ao absorver um fóton cuja energia é igual a diferença de energia entre dois níveis. Por outro lado, uma espécie pode ir para um nível de energia inferior ao emitir espontaneamente um fóton com energia igual a diferença energética. A energia de um fóton é igual à constante de Planck (h) vezes a sua frequência (f) e, portanto, é diretamente proporcional à sua frequência, ou inversamente proporcional ao seu comprimento de onda (λ).
ΔE =ℎ𝑓=ℎ𝑐/𝜆
onde c, velocidade da luz, é igual a 𝑓𝜆."
Fonte: WIKIPEDIA

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CONCLUSÃO: Note que no caso do oxigenio seria necessario fornecer ENERGIA para que o eletron saltasse da camada K = 8 para a camada L = 18, algo que não é necessario no caso do C que tem seu estado Fundamental 1s2 2s2 2p2 e seu estado excitado 1s2 2s1 2px2 2py1 2pz1 chamado de 2sp3 pois não há necessidade de MUDANÇA DE CAMADA.

[Argean]

Jigsaw, muito obrigado, mais uma vez pela sua atenção e boa vontade. Vou analisar tudo com cuidado e te dou uma posição sobre minhas impressões depois.

[lmtosta]

Argean,


Trocando em miúdos, o que o texto trazido pelo Jigsaw informa é que, por estado excitado, devemos entender como algo mais amplo, mais abrangente em termos do contexto de energias.

Assim como um estado excitado pode ser aquele em que se eleva a energia do sistema através da absorção de um fóton de luz pelo elétron, promovendo-o a um outro nível, 3s, de energia, o tal estado excitado também pode ser usado quando se tem um incremento de energia do sistema ao se aproximar 2 elétrons em um mesmo subnível, quando se tem outro vazio. A aproximação de 2 ou mais elétrons entre subníveis aumenta a repulsão intereletrônica, aumentando a energia potencial dos elétrons envolvidos, aumentando também a energia do sistema em geral.

Isso não deixa de ser um estado excitado também, visto que a repulsão entre elétrons mais próximos entre si, também provoca aumento na energia potencial do sistema, e do próprio sistema como um todo, pois é necessário trabalho externo "injetado" no sistema para fazer 2 elétrons ou mais, 1 ou mais subníveis envolvidos, se repelirem entre si com mais "vigor". Lembre-se que quando um trabalho é executado SOBRE um sistema, sua energia final aumenta, e podemos falar em estado energético excitado!!!!!!!!!!

Este trabalho externo poderia ser executado por algum ligante de campo muito intenso, ao ponto de forçar os elétrons para subníveis internos, nos moldes de como acontece com elementos de transição, externa e interna, dos grupos "d" e "f"!!!!!!!!!!

Olha só que bonito: isto que você nos trouxe faz parte da interseção de Química dos Compostos de Coordenação, com Atomística e uma bela pitada de Termoquímica/Termodinâmica!!!!!!!!!

Parabéns por nos trazer esta questão e ao Jigsaw pelo valioso texto!!!!!!!!!!!

[lmtosta]

Ah sim, a análise termoquímica/termodinâmica não parece ser parte do texto. É coisa minha mesmo!!!!!!!!!

[Argean]

Jigsaw, lmtosta, muito obrigado pelas análises. Altíssimo padrão do Forum. Muito do que foi descrito por vcs ainda está fora do meu entendimento. Mas consegui compreender que o assunto é complexo e vai exigir mais dos meus estudos. Agradeço a vcs pela boa vontade em explicar o assunto e por me mostrar que ainda tenho uma longa jornada no entendimento mínimo de várias matérias.
Valeu!!