Distribuição eletrônica
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Distribuição eletrônica
Um aluno ouviu de um professor que explicava a estrutura do metano que, para alguns átomos adquirirem a estabilidade, eles devem apresentar octeto completo e que o carbono é tetravalente. O aluno não entendeu e o professor o orientou dizendo: “pense na configuração eletrônica do carbono”.
O aluno, ao fazer a distribuição eletrônica, conclui corretamente que o que explica a tetracovalência do átomo de carbono na estrutura do metano é o estado:
(A) ativado, pois de acordo com ele há quatro elétrons desemparelhados.
(B) excitado, pois de acordo com ele ao fazer quatro ligações completa-se o octeto.
(C) fundamental, pois de acordo com ele a distribuição eletrônica termina em 2s2 2p2.
(D) fundamental, pois de acordo com ele há quatro elétrons no último nível.
(E) híbrido, pois de acordo com ele os orbitais apresentam a mesma energia.
Poderia explicar a ideia necessária para chegarmos a resposta correta, e
consequentemente descartar as outras?
O aluno, ao fazer a distribuição eletrônica, conclui corretamente que o que explica a tetracovalência do átomo de carbono na estrutura do metano é o estado:
(A) ativado, pois de acordo com ele há quatro elétrons desemparelhados.
(B) excitado, pois de acordo com ele ao fazer quatro ligações completa-se o octeto.
(C) fundamental, pois de acordo com ele a distribuição eletrônica termina em 2s2 2p2.
(D) fundamental, pois de acordo com ele há quatro elétrons no último nível.
(E) híbrido, pois de acordo com ele os orbitais apresentam a mesma energia.
- Spoiler:
- e
Poderia explicar a ideia necessária para chegarmos a resposta correta, e
consequentemente descartar as outras?
Diegomedbh- Jedi
- Mensagens : 477
Data de inscrição : 11/03/2012
Idade : 33
Localização : Belo Horizonte, MG Brasil
Re: Distribuição eletrônica
No CH4 sabe-se que a energia de todas as ligações C-H são idênticas, como era de se esperar.
Logo, para isso acontecer e se conciliar com a teoria quântica das distribuições dos elétrons, algo precisa ser feito:
Carbono, Z = 6
1 s²
2 s² 2p²
Como a eltronegatividade do C é próxima a do H, haverá ligação covalente. O Carbono precisa de 4 e cada H de uma. Espacialmente teremos, para haver simetria:
[Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar esta imagem] ou [Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar esta imagem]
Como as ligaçõe têm que ter as mesmas energias, inventa-se os 4 orbitais híbridos na camada 2:
2 s² 2p² --> (↑↓) (↑_) (↑_) (_ _)
Vira:
Quatro "orbitais híbridos" do tipo sp³, resultado da "fusão" de 1 orbital do tip "s" e 3 do tipo "p":
(↑_) (↑_) (↑_) (↑_)
Todos com a mesma energia.
Com cada orbital incompleto haverá uma covalência com os 4 Hs, consertando a coisa toda.
Belo remendo.
Logo, para isso acontecer e se conciliar com a teoria quântica das distribuições dos elétrons, algo precisa ser feito:
Carbono, Z = 6
1 s²
2 s² 2p²
Como a eltronegatividade do C é próxima a do H, haverá ligação covalente. O Carbono precisa de 4 e cada H de uma. Espacialmente teremos, para haver simetria:
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Como as ligaçõe têm que ter as mesmas energias, inventa-se os 4 orbitais híbridos na camada 2:
2 s² 2p² --> (↑↓) (↑_) (↑_) (_ _)
Vira:
Quatro "orbitais híbridos" do tipo sp³, resultado da "fusão" de 1 orbital do tip "s" e 3 do tipo "p":
(↑_) (↑_) (↑_) (↑_)
Todos com a mesma energia.
Com cada orbital incompleto haverá uma covalência com os 4 Hs, consertando a coisa toda.
Belo remendo.
Última edição por rihan em Qui 02 Ago 2012, 12:51, editado 1 vez(es)
rihan- Estrela Dourada
- Mensagens : 5049
Data de inscrição : 22/08/2011
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Localização : Rio de Janeiro, RJ, Itabuna-Ilhéus, BA, Brasil
Re: Distribuição eletrônica
Olá rihan,
Por que os orbitais híbridos terão a mesma energia? Como posso explicar isso?
Muito obrigado ótima resposta!
Por que os orbitais híbridos terão a mesma energia? Como posso explicar isso?
Muito obrigado ótima resposta!
Diegomedbh- Jedi
- Mensagens : 477
Data de inscrição : 11/03/2012
Idade : 33
Localização : Belo Horizonte, MG Brasil
Re: Distribuição eletrônica
São iguais entre si.
Havia 1 orbital 2s com menor energia e 3 orbitais 2p com energia maior.
O "híbrido" é isso: 4 orbitais com a mesma energia.
Você está me perguntando algo assim:
Por que 4 orbitais iguais são iguais ? ...
Havia 1 orbital 2s com menor energia e 3 orbitais 2p com energia maior.
O "híbrido" é isso: 4 orbitais com a mesma energia.
Você está me perguntando algo assim:
Por que 4 orbitais iguais são iguais ? ...
rihan- Estrela Dourada
- Mensagens : 5049
Data de inscrição : 22/08/2011
Idade : 69
Localização : Rio de Janeiro, RJ, Itabuna-Ilhéus, BA, Brasil
Re: Distribuição eletrônica
O carbono no seu estado fundamental (estado isolado) de menor energia apresenta configuração eletrônica que permite duas ligações, através dos seus orbitais p semipreenchidos.
O carbono no seu estado ativado de maior energia apresenta quatro ligações, pois temos quatro orbitais semipreenchidos (2s, px,py e pz). Mais o problema é que este estado ainda não explica o fato de as quatro ligações serem iguais.
Diante disso, surge a ideia de orbitais híbridos e eles:
Possuem a mesma energia porque são iguais! Muito bom compreendi!
Não sabia que isso equivalia a : Por que eles possuem a mesma energia?
Obrigado rihan.
O carbono no seu estado ativado de maior energia apresenta quatro ligações, pois temos quatro orbitais semipreenchidos (2s, px,py e pz). Mais o problema é que este estado ainda não explica o fato de as quatro ligações serem iguais.
Diante disso, surge a ideia de orbitais híbridos e eles:
Possuem a mesma energia porque são iguais! Muito bom compreendi!
rihan escreveu:Por que 4 orbitais iguais são iguais ? ...
Não sabia que isso equivalia a : Por que eles possuem a mesma energia?
Obrigado rihan.
Diegomedbh- Jedi
- Mensagens : 477
Data de inscrição : 11/03/2012
Idade : 33
Localização : Belo Horizonte, MG Brasil
Re: Distribuição eletrônica
[Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar este link],
Pelo jeito, você não compreendeu bem...
Vou mudar a explicação.
1) " (...) Um aluno ouviu de um professor, que explicava a estrutura do metano, que (...)"
O professor está mostrando aos alunos a estrutura conhecida, a observada por técnicas espectroscópicas, a estrutura real do metano conhecida experimentalmente.
Nessa estrutura, que é real e não teórica, o carbono espacialmente ocupa o centro de um tetraedro regular e os hidrogênios os vértices.
Os ângulos e distâncias das 4 ligações são os mesmos, evidenciando 4 orbitais moleculares iguais em energia, ou seja, "iguais".
Um orbital atômico é uma função espaçotempo (x,y,z,t) que descreve matematicamente o comportamento ondulatório de um ou dois elétrons.
Através dessa função de onda podemos calcular, para cada valor do domínio (x,y,z,t), a probabilidade de se encontrar o elétron ou o par.
A Teoria Quântica foi inventada a partir do axioma ou princípio que nos diz que a energia vem em pacotes, cada pacote equivalente a uma certa quantidade (quantum), e que temos números inteiros desses pacotes (quanta).
O modelo da estrutura atômica foi então melhorado para se adequar às experiências e à nova Teoria.
Para se caracterizar cada estado usou-se um modelo construtivo (em alemão: Aufbau) onde a energia e o momento angular era quantizado (quantificado).
Para simplificar usa-se os "números quânticos" — n , ℓ , mℓ , ms — em vez de se falar no que representam:
(i)n := principal
Ao principal n associamos a idéia de órbitas ou camadas, os números 1,2,3... ou as letral K, L, M... . Ele nos informa a energia daquela camada, como se fosse a altura nos informando a energia potencial. No modelo construtivo, sendo o átomo como um prédio, ele nos informa o andar onde há grande probabilidade de se encontrar um elétron.
(ii) ℓ := azimutal ou angular ou orbital ou secundário
O secundário ou azimutal ℓ nos informa sobre o vetor momento angular do elétron, isto é, sobre o seu "movimento" naquela camada, sua "translação" em torno da camada. O associamos às subcamadas e lhe damos números de 0 a n-1. Também os físico-químicos os chamam pelas iniciais dos termos que descrevem suas raias espectrais:
0 → sharp
1 → principal
2 → diffuse
3 → fundamental
No modelo construtivo, o associamos ao tipo de apartamento: 1, 3, 5 ... quartos...
(iii) mℓ := magnético
Nos informa a projeção ou componente do vetor momento angular. A ele damos os números de -ℓ a ℓ. No modelo Aufbau nos indica em qual quarto há grande probabilidade de se encontrar um elétron ou um casal.
(iv) ms:= spin
Nos fala sobre o "giro", a "rotação em torno do próprio eixo", o momento angular intrínsico. Pode assumir dois valores: ±1/2
Foram criadas, também para adequar o modelo à realidade experimental, as conhecidas Regra da Exclusão de Pauli e a Regra de Hund.
Finalmente, em 1930, Dirac, partindo somente das hipóteses relativísticas de Einstein, obteve como soluções de suas equações todos os números quânticos e as "Regras" deixaram de ser regras.
Então, em cada orbital (quarto) podemos ter 2 elétrons de momentos angulares e lineares próximos, mas distintos, sendo diferenciados pelo número magnético de spin.
Com todos esses conceitos e princípios você estabelece um esquema de distribuir elétrons, o Princípio Aufbau, o conhecido "spdf", que, ainda, erroneamente e infelizmente e incrivelmente é chamado no Brasil de "Diagrama de Pauling"...
2) Sabe-se, experimentalmente, que o metano é um composto apolar, o que também ratifica a sua geometria espacial (ou vice-versa...).
Para explicar isso e outras coias mais criou-se duas coisas a Teoria dos Orbitais Moleculares e a Teoria de Valência.
Cada uma com seus méritos e defeitos, ambas explicavam e explicam da mesma forma o que acontecia com o Carbono do metano: a hibridização (hibridação).
O gigante Linus Pauling (aí sim foi ele !) foi o primeiro a definir o conceito de hibridização, justamente para explicar a estrutura do metano.
Para que houvesse a simetria era necessário que os 4 orbitais moleculares fossem iguais, tivessem a mesma energia.
Ora, sabemos que os orbitais atômicos do Carbono são quatro e diferentes.
Como não era possível serem diferentes diante dos fatos experientais da realidade, mudou-se o modelo e inventou-se os orbitais híbridos "iguais", i.e., com a mesma energia.
3) (...) o que explica a tetracovalência do átomo de carbono na estrutura do metano é o estado (...) híbrido, pois de acordo com ele (o estado híbrido) os orbitais apresentam a mesma energia.
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Vira:
[Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar esta imagem]
Onde você pode colocar ou não o "2" na frente dos "sp³", para ressaltar que ambos os quatro têm a mesma energia, o mesmo número quântico principal.
4) Moral da História
Está funcionando até hoje, e muito bem. Deixa quieto.
Pelo jeito, você não compreendeu bem...
Vou mudar a explicação.
1) " (...) Um aluno ouviu de um professor, que explicava a estrutura do metano, que (...)"
O professor está mostrando aos alunos a estrutura conhecida, a observada por técnicas espectroscópicas, a estrutura real do metano conhecida experimentalmente.
Nessa estrutura, que é real e não teórica, o carbono espacialmente ocupa o centro de um tetraedro regular e os hidrogênios os vértices.
Os ângulos e distâncias das 4 ligações são os mesmos, evidenciando 4 orbitais moleculares iguais em energia, ou seja, "iguais".
Um orbital atômico é uma função espaçotempo (x,y,z,t) que descreve matematicamente o comportamento ondulatório de um ou dois elétrons.
Através dessa função de onda podemos calcular, para cada valor do domínio (x,y,z,t), a probabilidade de se encontrar o elétron ou o par.
A Teoria Quântica foi inventada a partir do axioma ou princípio que nos diz que a energia vem em pacotes, cada pacote equivalente a uma certa quantidade (quantum), e que temos números inteiros desses pacotes (quanta).
O modelo da estrutura atômica foi então melhorado para se adequar às experiências e à nova Teoria.
Para se caracterizar cada estado usou-se um modelo construtivo (em alemão: Aufbau) onde a energia e o momento angular era quantizado (quantificado).
Para simplificar usa-se os "números quânticos" — n , ℓ , mℓ , ms — em vez de se falar no que representam:
(i)n := principal
Ao principal n associamos a idéia de órbitas ou camadas, os números 1,2,3... ou as letral K, L, M... . Ele nos informa a energia daquela camada, como se fosse a altura nos informando a energia potencial. No modelo construtivo, sendo o átomo como um prédio, ele nos informa o andar onde há grande probabilidade de se encontrar um elétron.
(ii) ℓ := azimutal ou angular ou orbital ou secundário
O secundário ou azimutal ℓ nos informa sobre o vetor momento angular do elétron, isto é, sobre o seu "movimento" naquela camada, sua "translação" em torno da camada. O associamos às subcamadas e lhe damos números de 0 a n-1. Também os físico-químicos os chamam pelas iniciais dos termos que descrevem suas raias espectrais:
0 → sharp
1 → principal
2 → diffuse
3 → fundamental
No modelo construtivo, o associamos ao tipo de apartamento: 1, 3, 5 ... quartos...
(iii) mℓ := magnético
Nos informa a projeção ou componente do vetor momento angular. A ele damos os números de -ℓ a ℓ. No modelo Aufbau nos indica em qual quarto há grande probabilidade de se encontrar um elétron ou um casal.
(iv) ms:= spin
Nos fala sobre o "giro", a "rotação em torno do próprio eixo", o momento angular intrínsico. Pode assumir dois valores: ±1/2
Foram criadas, também para adequar o modelo à realidade experimental, as conhecidas Regra da Exclusão de Pauli e a Regra de Hund.
Finalmente, em 1930, Dirac, partindo somente das hipóteses relativísticas de Einstein, obteve como soluções de suas equações todos os números quânticos e as "Regras" deixaram de ser regras.
Então, em cada orbital (quarto) podemos ter 2 elétrons de momentos angulares e lineares próximos, mas distintos, sendo diferenciados pelo número magnético de spin.
Com todos esses conceitos e princípios você estabelece um esquema de distribuir elétrons, o Princípio Aufbau, o conhecido "spdf", que, ainda, erroneamente e infelizmente e incrivelmente é chamado no Brasil de "Diagrama de Pauling"...
2) Sabe-se, experimentalmente, que o metano é um composto apolar, o que também ratifica a sua geometria espacial (ou vice-versa...).
Para explicar isso e outras coias mais criou-se duas coisas a Teoria dos Orbitais Moleculares e a Teoria de Valência.
Cada uma com seus méritos e defeitos, ambas explicavam e explicam da mesma forma o que acontecia com o Carbono do metano: a hibridização (hibridação).
O gigante Linus Pauling (aí sim foi ele !) foi o primeiro a definir o conceito de hibridização, justamente para explicar a estrutura do metano.
Para que houvesse a simetria era necessário que os 4 orbitais moleculares fossem iguais, tivessem a mesma energia.
Ora, sabemos que os orbitais atômicos do Carbono são quatro e diferentes.
Como não era possível serem diferentes diante dos fatos experientais da realidade, mudou-se o modelo e inventou-se os orbitais híbridos "iguais", i.e., com a mesma energia.
3) (...) o que explica a tetracovalência do átomo de carbono na estrutura do metano é o estado (...) híbrido, pois de acordo com ele (o estado híbrido) os orbitais apresentam a mesma energia.
[Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar esta imagem]
Vira:
[Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar esta imagem]
Onde você pode colocar ou não o "2" na frente dos "sp³", para ressaltar que ambos os quatro têm a mesma energia, o mesmo número quântico principal.
4) Moral da História
Está funcionando até hoje, e muito bem. Deixa quieto.
rihan- Estrela Dourada
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Data de inscrição : 22/08/2011
Idade : 69
Localização : Rio de Janeiro, RJ, Itabuna-Ilhéus, BA, Brasil
Re: Distribuição eletrônica
Pelo que li,
É exatamente o que havia pensado.
O estado fundamental não explica a tetravalência do carbono, pelo motivo já descrito no tópico anterior.
O estado excitado apesar de explicar as quatro ligações no metano, não explica o fato dessas quatro ligações no metano serem iguais, pois os orbitais s e p dariam ligações diferentes com o hidrogênio.
Surge, então, a ideia da hibridização de orbitais, ou seja, uma mistura de orbitais, originando quatro orbitais híbridos exatamente iguais o que confirmar a alternativa e como resposta!
Resumindo, este foi meu entendimento sobre o assunto.
Valeu mesmo rihan. Sempre muito esclarecedor e preocupado em ajudar.
Muito obrigado mesmo!
Abração.
É exatamente o que havia pensado.
O estado fundamental não explica a tetravalência do carbono, pelo motivo já descrito no tópico anterior.
O estado excitado apesar de explicar as quatro ligações no metano, não explica o fato dessas quatro ligações no metano serem iguais, pois os orbitais s e p dariam ligações diferentes com o hidrogênio.
Surge, então, a ideia da hibridização de orbitais, ou seja, uma mistura de orbitais, originando quatro orbitais híbridos exatamente iguais o que confirmar a alternativa e como resposta!
Resumindo, este foi meu entendimento sobre o assunto.
Valeu mesmo rihan. Sempre muito esclarecedor e preocupado em ajudar.
Muito obrigado mesmo!
Abração.
Diegomedbh- Jedi
- Mensagens : 477
Data de inscrição : 11/03/2012
Idade : 33
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rihan- Estrela Dourada
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