Calculadora de Distribuição Eletrônica

A calculadora de distribuição eletrônica da Omni, também conhecida como calculadora de configuração eletrônica, mostrará instantaneamente a distribuição de elétrons nos orbitais de qualquer elemento periódico que você escolher. Normalmente, são necessários pelo menos 8 passos para determinar a distribuição eletrônica, começando por encontrar o número atômico observando a lista de orbitais e entendendo a notação.

Mas espere, você pode evitar tudo isso se usar a nossa ferramenta! Economize tempo e esforço simplesmente selecionando o nome do elemento e obtendo a distribuição eletrônica completa, juntamente com o número atômico e a massa de todos os 118 elementos conhecidos. Além disso, esta ferramenta também funciona como uma calculadora de elétrons de valência e fornece os elétrons de valência de todos os elementos da tabela periódica.

Você está pronto para se destacar em seu curso de ciências? Continue lendo para descobrir o que é uma distribuição eletrônica, o que são os elétrons de valência e como encontrar os elétrons de valência de qualquer elemento.

A notação da distribuição eletrônica nos fornece informações sobre os níveis e subníveis básicos de energia que os elétrons ocupam. Estado fundamental significa que o átomo tem a menor energia permitida. A distribuição eletrônica é responsável por muitas propriedades físicas e químicas de um elemento. Vejamos a distribuição eletrônica do hélio, que é $1{\rm s}^2$.

• O primeiro número inteiro, $1$, indica o primeiro nível de energia. Em geral, seus valores podem estar entre $1$ e $n$, em que $n$ é o valor da camada mais externa que contém um elétron.

• A letra $\rm s$ indica o tipo de orbital (também conhecido como subcamada). Diferentes subcamadas podem hospedar um número diferente de elétrons: a subcamada $\rm s$ tem no máximo $2$ elétrons, a subcamada $\rm p$ tem até $6$ elétrons, a subcamada $\rm d$ até $10$ elétrons e a subcamada $\rm f$ até $14$ elétrons.

• O sobrescrito 2 ($^2$) informa a você a ocupação de elétrons na subcamada correspondente.

Agora podemos ver que cada elétron tem um “endereço” exclusivo no átomo. Visite nossa calculadora de números quânticos 🇺🇸 para saber mais sobre os valores possíveis para uma determinada camada ou subcamada de elétrons.

Para escrever a distribuição eletrônica de um determinado átomo, usamos regras gerais:

• O princípio de Aufbau (do alemão “Aufbau” que significa “construção”) afirma que os elétrons sempre ocupam orbitais de energia crescente, portanto, a ordem na qual os orbitais são ocupados segue a ordem representada na ilustração abaixo, também conhecida como diagrama de Linus Pauling:

A ordem é a seguinte:

1s ← 2s ← 2p ← 3s ← 3p ← 4s ← 3d ← 4p ← 5s ← 4d ← 5p ← 6s ← 4f ← 5d ← 6p ← 7s ← 5f ← 6d ← 7p

• A regra de Hund afirma que um átomo no estado fundamental sempre tem o maior número possível de elétrons desemparelhados. Isso significa dizer que os pares de elétrons só se formam após todos os níveis orbitais terem sido preenchidos por elétrons desemparelhados. Por exemplo, a configuração eletrônica do estado fundamental do nitrogênio ($\rm 1s^22s^22p^3$) indica que ele tem $3$ elétrons ocupando o orbital $2 \rm p$. Baseado na regra de Hund, um elétron preenche cada $\rm p$ orbital, e cada elétron tem o mesmo spin. Resumidamente, o spin do elétron determina se o átomo gerará um campo magnético. Seus valores são limitados a $+1/2$ (seta para cima) ou $-1/2$ (seta para baixo). Se os spins estiverem emparelhados, nenhum campo magnético aparecerá, mas um elétron desemparelhado determinará o spin.

• O princípio de exclusão de Pauli significa que, se dois elétrons ocuparem os mesmos orbitais, seus spins devem estar emparelhados, conforme indicado pela direção das setas (↑) e (↓).

Vamos combinar essas regras para escrever a configuração eletrônica do carbono com um número atômico de 6 (o que significa que ele contém 6 elétrons em seu estado fundamental).

De acordo com o diagrama de Linus Pauling, colocaremos 6 elétrons nos seguintes orbitais:

Os orbitais $\rm 1s$ e $\rm 2s$ são sucessivamente completamente preenchidos com dois elétrons. Agora, os próximos dois elétrons entrarão no orbital $2p$ no sentido anti-horário, como pode ser visto no diagrama dos orbitais do átomo de carbono.

Os químicos descobriram um método para escrever a distribuição eletrônica de forma mais simples, usando o método abreviado. Vamos voltar à configuração eletrônica do nitrogênio para reescrevê-la como:

1. Encontre o número atômico do nitrogênio (7) e use esta calculadora de distribuição eletrônica para obter uma distribuição eletrônica completa. Caso contrário, escreva a ordem dos níveis de energia com a ajuda do diagrama de Linus Pauling: $\rm 1s^22s^22p^3$.

2. Coloque os colchetes ao redor da configuração eletrônica do último gás nobre, elemento do grupo 18, antes do nitrogênio. Observe que o hélio (He) é o gás nobre que precede o nitrogênio.

3. Continue com a distribuição eletrônica após o hélio. Portanto, para o nitrogênio, teríamos: $[{\rm He}]\rm 2s^22p^3$

Da mesma forma, podemos usar o método abreviado para escrever a distribuição eletrônica do carbono, tendo em mente que ele terá 1 elétron a menos na camada $2p$ do que o nitrogênio, portanto, $[{\rm He}]\rm 2s^22p^2$. Esse método funciona bem para escrever a distribuição eletrônica de qualquer elemento.

Os elétrons de valência (ou seja, os elétrons na subcamada mais externa) têm a maior energia. Eles são particularmente importantes porque estão envolvidos na formação de ligações e determinam as propriedades químicas de um elemento. Saiba mais sobre como a atração de um elétron por um núcleo mudará com nossa calculadora de carga nuclear efetiva 🇺🇸.

Como encontrar os elétrons de valência de um elemento escolhido? Você pode verificar isso imediatamente em nossa calculadora de elétrons de valência à esquerda ou observar a posição de um átomo específico na tabela periódica, que te ajudará a determinar quantos elétrons de valência um átomo neutro desse elemento tem. O número do grupo em que um elemento se encontra determina o número de seus elétrons de valência.

Por exemplo, o cloro está no grupo 7, portanto, tem sete elétrons de valência. De fato, podemos escrever sua distribuição eletrônica como $\rm 1s^22s^22p^63s^23p^5$. Como podemos ver, o cloro tem sete elétrons nos orbitais $\rm 3s$ e $\rm 3p$, que são os elétrons de valência.

Para os grupos 13 a 18, subtraia 10 do número do grupo para obter o número de elétrons de valência, por exemplo, os elementos do grupo 13 terão três elétrons de valência, os do grupo 14 quatro elétrons de valência e assim sucessivamente.

Um caso notável é o grupo 18, no qual os elementos (conhecidos como gases nobres) têm 8 elétrons de valência. Esse é um arranjo tão estável da camada de elétrons que eles essencialmente não têm nenhum elétron de valência disponível para ligação ou reação.

Usemos esta inteligente calculadora de distribuição eletrônica para determinar a configuração eletrônica do cobre:

1. Escolha cobre (Cu) na lista suspensa de elementos.

2. Verifique o número atômico (29) e a massa atômica (63,546) do cobre. Leia aqui como calcular a massa atômica 🇺🇸.

3. Leia a distribuição eletrônica completa: $\rm 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^1$.

Agora você pode dizer: “Espere um minuto! De acordo com o diagrama de Linus Pauling e o princípio de Aufbau, a calculadora de distribuição eletrônica não deveria informar isso como $\rm 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^9 4s^2$? Afinal de contas, primeiro preenchemos a camada $\rm 4s$ e depois a $\rm 3d$.”

Bem, no átomo de cobre, há uma disrupção da ordem de preenchimento das subcamadas de elétrons, ou seja, o salto de um dos elétrons do $\rm 4s^2$ para o $\rm 3d^9$ é energeticamente mais favorável. Um fenômeno semelhante ocorre nos átomos de cromo e ouro.

4. Agora, use nossa ferramenta como uma calculadora de elétrons de valência e verifique os elétrons de valência do cobre: $\rm 3d^{10} 4s^1$.

Sabemos, pela tabela periódica, que o cobre está no grupo 11, portanto, isso está de acordo com o resultado desta calculadora de distribuição eletrônica.