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Níveis de energia

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Níveis de energia

Mensagem por Gustavoadp em Sex Mar 04 2016, 00:24

No meu livro, tem uma parte que diz exatamente isto: "Os níveis, ou camadas mais próximas do núcleo, são ocupados primeiramente pelos elétrons e APRESENTAM ENERGIA MAIOR DO QUE OS NÍVEIS MAIS AFASTADOS DO NÚCLEO."

Mas, duas páginas depois, diz: "Linus Pauling demonstrou experimentalmente que os elétrons estão distribuídos nos átomos em ordem crescente de energia, visto que todas as vezes que o elétron recebe energia, ele salta para uma CAMADA MAIS EXTERNA (MAIS ENERGÉTICA) [...]" 

E aí? O que é verídico? Acho que a segunda, pois, quando o elétron volta, ele emite fóton. Ou pode ser as duas e eu não esteja conseguindo ligar os conceitos. Agradeço desde já!

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Re: Níveis de energia

Mensagem por Carlos Adir em Sex Mar 04 2016, 07:09

A primeira afirmação creio que esteja errada. Normalmente se atribui energia zero ao eletron que não tem velocidade e não sofre nenhuma interação com o núcleo(isto é, está no infinito).
Como elétron é negativo, é atraido pelo nucleo positivo e sua energia potencial decai, e portanto as camadas mais externas possuem maior energia,

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Re: Níveis de energia

Mensagem por Gustavoadp em Sex Mar 04 2016, 19:13

Ah. Então entendi.
Mas para complementar, me tira uma última dúvida:

Chega uma parte da distribuição que é esta:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10
_________________________>
Ordem Crescente de energia

Por que a 3d10 tem mais energia que a 4s2, se a camada 4, que é a N, é mais afastada que a 3, que é a M?

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Re: Níveis de energia

Mensagem por Carlos Adir em Sex Mar 04 2016, 22:36

Eu entendi duas duvidas suas:
1º) Porque coloca-se eletrons na quarta camada, e depois coloca-se na terceira em vez de colocar mais na quarta.
Pra essa pergunta, vamos usar um conceito: Blindagem eletrônica.
A blindagem eletrônica, como o nome sugere, "blinda" o núcleo. Isto é, os eletrons das camadas iniciais não deixam os eletrons das camadas mais externas tão fortemente ligados.
Isso é, imagine um proton fixo, e um eletron também fixo ao lado do proton. Se um segundo eletron ficar longe do proton(de modo que um eletron fique no meio), ele não vai "gastar" energia pra chegar perto do proton, mas sim vai ter que ganhar pra "atravessar" o eletron do meio.
É mais ou menos essa ideia, a quarta camada fica longe do núcleo, e por isso precisa de mais energia pra ficar longe do nucleo, mas não tanto quanto colocar eletrons na terceira camada. Isso é, é mais dificil colocar um eletron na terceira camada(lado a lado com os 8 já existes) que colocar eletrons na quarta camada e por isso 4s2 tem menor energia que 3d10.
Não sei se ficou confuso essa parte, mas vale lembrar que a energia "zero" é quando o eletron está no infinito, e a energia baixa baixa(mais negativa) é quando está mais próxima do nucleo.

2º) Porque ocorre a configuração "1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1" se o método nos dá "3d9 4s2".
É uma anomalia ocasionada por diversos fatores:
- Carga nuclear efetiva
- Blindagem eletrônica
- Repulsão eletron-eletron
- Tamanho do núcleo
Pra explicar isso é necessário analisar quanticamente, e pra isso utiliza-se conceitos mais avançados e não me atrevo a "entrar nesse mundo" ainda. Por enquanto saber que há pouca diferença entre os níveis é suficiente.

O Cromo, tem configuração:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
Enquanto se esperaria algo do tipo:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 4s2

Outra anomalia é o caso:
s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1

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Re: Níveis de energia

Mensagem por Christian M. Martins em Sex Mar 04 2016, 22:42

Carlos Adir escreveu:A primeira afirmação creio que esteja errada. Normalmente se atribui energia zero ao eletron que não tem velocidade e não sofre nenhuma interação com o núcleo(isto é, está no infinito).
Como elétron é negativo, é atraido pelo nucleo positivo e sua energia potencial decai, e portanto as camadas mais externas possuem maior energia,

Isso não vai contra Bohr, Carlos? Através de seu modelo atômico, tem-se:

En = E1/n²

De forma que a energia dos níveis quânticos seja inversamente proporcional ao seu "número", que por sua vez, é tanto maior quanto maior a distância do núcleo atômico.

Imagino que não há problema algum em ir contra tal teoria atômica, já que Niels previu corretamente apenas o comportamento de átomos formados por apenas um elétron e um próton. É isso?

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Re: Níveis de energia

Mensagem por Gustavoadp em Sab Mar 05 2016, 16:35

Carlos,
 Mais uma dúvida, depois de ter lido essa "Blindagem Eletrônica" kkk
Então por que ela não acontece sempre? No começo, 3s2 tem mais que 2p6. Por que a blindagem não funciona aí?
-Foi mal se tô entrando muito no assunto, sou curioso e fico em busca de explicações ;D

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Re: Níveis de energia

Mensagem por Carlos Adir em Sab Mar 05 2016, 17:20

Sim, esta forma está correta.
A variação de energia, pode ser dada por:

Havendo então uma liberação de um foton(constante de Plank e frequencia positiva) caso a energia da camada N seja maior que da camada K. Até aqui não tem nenhum problema.
Mas vale lembrar que as energias são negativas, isso é, se temos E1 = -1 J, então E2 = -1/4 J, sendo então a diferença de energia como positiva:

E então há a liberação de um foton.
Caso fossem positivas as energias(E1 > 0), então teriamos "segundo a fórmula" que E2 < E1. Mas não é o que ocorre devido à energia do orbital 1 "ser negativa".

Não sei se fica claro, mas o conceito de energia negativa é simplesmente ao adotar um referencial de nulo como quando o eletron não tem energia, ou seja, não tem energia potencial e nem energia cinética. Como aprendido em eletrodinâmica, cargas negativas tendem a ir ao menor potencial, e se o potencial de um eletron é nulo no infito, então indica que conforme se aproxima do nucleo positivo, seu potencial diminui e então fica mais negativo.

Algumas equações que achei(pra responder essa dúvida tive que pegar o livro kk):




Gustavoadp, o mundo quantico é bem confuso para mim ainda, mas talvez sane sua dúvida usando trechos do livro que uso(não arrisco a propagar informações errôneas)

"Todos os atomos neutros, exceto o hidrogênio, têm mais de um elétron. Um atomo neutro de um elemento com número atômico Z>1 têm Z elétrons. Esses atomos são conhecidos como átomos com muitos eletrons, ou atomos com mais de um eletron. Aproveitaremos, nas próximas três seções, o que já aprendemos sobre o átomo de hidrogênio para ver como a presença de mais de um elétron afeta a energia dos orbitais atômicos. As estruturas eletronicas que resultam são a chave para propriedades periodicas dos elementos e da capacidade dos atomos em formar ligações quimicas.

1.11 Energia dos orbitais
Os eletrons em atomos de muitos eletrons ocupam orbitais semelhantes aos do atomo de hidrogênio. Entretanto, as energias desses orbitais são não iguais às do átomo de hidrogênio. O núcleo de um átomo com muitos elétrons tem um numero maior de cargas do que o nucleo do hidrogênio e atrai eletrons mais fortemente, diminuindo sua energia. Entretanto, os eletrons tambem se repelem uns aos outros, o que aumenta sua energia. No caso do atomo de helio, por exemplo, em que a carga do núcleo é +2e, a energia potencial total é dada por três termos:

em que r1 é a distância do eletron 1 ao nucleo, r2 é a distância do eletron 2 ao nucleo, e r12 é a distância entre os dois eletrons. Os dois termos, com sinal negativo(que indica que a energia diminui quando r1 ou r2 diminuem) correspondem à atração entre o núcleo e cada um dos dois eletrons. O termo com sinal positivo (que indica que a energia aumenta quando r12 diminui) corresponde à repulsão entre os dois eletrons. Com essa energia potencial, a equação de Schrodinger não pode ser resolvida exatamente, mas soluções numéricas muito acuradas podem ser obtidas com o auxílio de computadores.
O número de eletrons afeta as propriedades do atomo. No atomo de hidrogênio, com um eletron, não ocorre repulsão eletron-eletron. Vimos que todos os orbitais de uma determinada camada têm a mesma energia. Assim, por exemplo, o orbital 2s e os três orbitais 2p têm a mesma energia. Nos atomos com muitos eletrons, entretanto, o resultado de experimentos espectroscopicos e de calculos mostra que as repulsões eletron-eletron fazem com que a energia dos orbitais 2p seja mais alta do que a de um orbital 2s. O mesmo ocorre na camada n=3, em que os três orbitais 3p ficam mais altos do que o orbitai 3s, e os cinco orbitais 3d ficam ainda mais altos (Fig. 1.36). Como podemos explicar essas diferenças de energia?
Assim como é atraido pelo nucleo, cada eletron é repelido pelos demais eletrons. Como resultado, ele está menos fortemente ligado ao nucleo do que estaria sem a influencia dos outros eletrons. Dizemos que cada eletron está blindado pelos demais para que a atração total do nucleo. A blindagem reduz efetivamente a atração entre o nucleo e os eletrons. A carga nuclear efetiva, Zefe, experimentada pelo eletron é sempre menor do que a carga nuclear real, Ze, porque as repulsões eletron-eletron trabalham contra a atração do nucleo. Uma aproximação grosseira da energia de um eletron em um átomo com muitos eletrons é uma versão da Eq. 16b em que o número atômico verdadeiro é substituido pelo número atômico efetivo:

Observe que os demais eletrons não "bloqueiam" a influência do núcleo. Eles simplesmente providenciam uma interação repulsiva coulombiana adicional que corrige parcialmente a atração do nucleo sobre os eletrons. A atracao do nucleo sobre os eletrons do atomo de helio, por exemplo, é menor do que a carga +2 deveria exercer, mas é maior do que a carga +1 que seria esperada se cada eletron balanceasse exatamente uma carga positiva.
Um eletron s de qualquer das camadas pode ser encontrado em uma região muito proxima do nucleo (lembre-se de que, para um orbital s, ψ² é diferente de zero no nucleo), e podemos dizer que ele pode penetrar através das camadas internas. Um eletron p penetra muito menos, porque o momento angular do orbital impede a aproximação entre o eletron e o nucleo (Fig. 1.37). Vimos que sua função de onda tem um nodo que atravessa o núcleo; logo, a densidade de probabilidade do eletron é zero no nucleo para um eletron p. Como o eletron p penetra menos que um eletron s através das camadas internas do atomo, ele está mais efetivamente blindado em relação ao nucleo e por isso experimenta uma carga efetiva menor do que a que um eletron s experimenta. Em outras palavras, um eletron s está mais firmemente ligado ao nucleo do que um eletron p e tem energia ligeiramente menor (mais negativa). Um eletron d está menos firmemente ligado ao nucleo do que um eletron p da mesma camada, porque é menos capaz ainda de se aproximar do nucleo. Isto é, os eletrons d têm energia mais alta do que os eletrons p da mesma camada, que por sua vez, têm energia mais alta do que os eletrons s daquela camada.
Os efeitos da penetração e da blindagem podem ser grandes. Um eletron 4s pode ter energia muito mais baixa do que um eletron 4p ou 4d. Ele pode ter até nergia inferior à de um eletron 3d do mesmo atomo (veja a Figura 1.36). A ordem precisa da energia dos orbitais depende do numero de eletrons do atomo, como veremos na proxima seção.
Por causa dos efeitos da penetração e da blindagem, a ordem das energias dos orbitais em uma dada camada em um atomo com muitos eletrons é, tipicamente, s < p < d < f."
Trecho retirado do Principios de Quimica - Atkins e Loretta - 3ª edição, paginas 139 a 141.
Procurei mais sobre blindagem eletrônica(no livro e na internet) e não achei algo a mais que pudesse acrescentar.

Enfim, o que sei é o que está no livro. Infelizmente ainda não cheguei ao ponto de estudar fisica 3(e 4) para saber mais sobre o mundo quantico e te informar mais detalhes. Mas os argumentos de que é dessa maneira(s < p < d < f) e que 4s vem primeiro que 3d são feitos através de calculos e experimentos. Não sei lhe ajuda, mas talvez essa duvida não posso lhe responder Sad

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Re: Níveis de energia

Mensagem por Marcelo F em Sab Mar 05 2016, 19:48

4s² é menos energético do que o 3d10 devido a geometria dos orbitais s e d. Um orbital s é altamente penetrante, isto é ele é esférico, e por isso é submetido a maior atração nuclear. Como um orbital d não tem geometria esférica, os elétrons nele contidos são submetidos a menor força atrativa e por isso tem maior energia potencial, superando um 4s por exemplo, mas não sendo capaz de superar um 4p

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Re: Níveis de energia

Mensagem por Gustavoadp em Dom Mar 06 2016, 09:17

Valeu, galera. Acho que deu pra ter uma ideia do que acontece.

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