Distribuição eletrônica

Distribuição eletrônica

A distribuição eletrônica é a organização dos elétrons nas diferentes camadas e subcamadas que compõem a eletrosfera de um átomo. Essa organização segue regras específicas e é fundamental para entender o comportamento químico dos elementos.

Compreender como os elétrons estão dispostos nos átomos permite prever propriedades como reatividade, formação de ligações químicas e características físicas dos elementos. Essa é uma base crucial para o estudo da química e é um tema recorrente em exames como o ENEM e vestibulares.

É a partir da distribuição eletrônica que se define a camada de valência, que são os elétrons mais externos e responsáveis pelas interações químicas.

O que é a Eletrosfera?

A eletrosfera é a região ao redor do núcleo atômico onde os elétrons giram em órbitas ou nuvens eletrônicas. Ela é dividida em diferentes níveis de energia, conhecidos como camadas eletrônicas ou níveis de energia principal.

No total, existem 7 camadas eletrônicas, designadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q, cada uma comportando um número máximo de elétrons.

Camadas Eletrônicas e Subcamadas

Cada camada eletrônica é subdividida em subcamadas (ou subníveis de energia). Essas subcamadas são designadas pelas letras s, p, d e f, e também possuem um número máximo de elétrons que podem comportar.

A capacidade de cada subcamada é:

• Subcamada s: comporta no máximo 2 elétrons.
• Subcamada p: comporta no máximo 6 elétrons.
• Subcamada d: comporta no máximo 10 elétrons.
• Subcamada f: comporta no máximo 14 elétrons.

A distribuição dessas subcamadas nas camadas principais é a seguinte:

Diagrama de Linus Pauling

O preenchimento dos elétrons nas subcamadas não segue a ordem crescente das camadas. Ele obedece à ordem crescente de energia dos subníveis, o que é convenientemente representado pelo Diagrama de Linus Pauling.

O Diagrama de Linus Pauling é uma ferramenta visual que indica a sequência de preenchimento dos elétrons nos subníveis de energia. As setas diagonais indicam a ordem na qual os elétrons ocupam os subníveis, sempre do menor para o maior nível de energia.

      1s²
    /
  2s²  2p⁶
  /    /
3s²  3p⁶  3d¹⁰
/    /    /
4s²  4p⁶  4d¹⁰  4f¹⁴
/    /    /    /
5s²  5p⁶  5d¹⁰  5f¹⁴
/    /    /    /
6s²  6p⁶  6d¹⁰
/    /    /
7s²  7p⁶

A ordem de preenchimento, seguindo as setas, é:
1s² → 2s² → 2p⁶ → 3s² → 3p⁶ → 4s² → 3d¹⁰ → 4p⁶ → 5s² → 4d¹⁰ → 5p⁶ → 6s² → 4f¹⁴ → 5d¹⁰ → 6p⁶ → 7s² → 5f¹⁴ → 6d¹⁰ → 7p⁶

Regras para a Distribuição Eletrônica

Para realizar a distribuição eletrônica corretamente, devemos seguir três princípios fundamentais:

Princípio de Aufbau (Preenchimento)

Os elétrons preenchem os orbitais de menor energia antes de preencher os de maior energia. O Diagrama de Linus Pauling reflete esse princípio.

Princípio de Exclusão de Pauli

Cada orbital pode acomodar no máximo dois elétrons, desde que possuam spins opostos (um elétron com spin para cima e um com spin para baixo).

Regra de Hund (Máxima Multiplicidade)

Ao preencher orbitais de mesma energia (orbitais degenerados, como os três orbitais p, os cinco orbitais d ou os sete orbitais f), os elétrons devem ocupar cada orbital individualmente com spins paralelos antes que qualquer orbital seja duplamente preenchido.

Exemplos de Distribuição Eletrônica

Vamos aplicar estas regras para a distribuição eletrônica de alguns elementos. O número de elétrons a ser distribuído é igual ao número atômico (Z) para um átomo neutro.

Distribuição Eletrônica do Carbono (C)

O carbono possui número atômico Z = 6, o que significa 6 elétrons.

1. 1s² (2 elétrons) – Sobram 4 elétrons
2. 2s² (2 elétrons) – Sobram 2 elétrons
3. 2p² (2 elétrons) – Sobram 0 elétrons

Distribuição eletrônica do Carbono: 1s² 2s² 2p²

A camada de valência é a 2ª camada (2s² 2p²), com 4 elétrons.

Distribuição Eletrônica do Sódio (Na)

O sódio possui número atômico Z = 11, o que significa 11 elétrons.

1. 1s² (2 elétrons) – Sobram 9 elétrons
2. 2s² (2 elétrons) – Sobram 7 elétrons
3. 2p⁶ (6 elétrons) – Sobra 1 elétron
4. 3s¹ (1 elétron) – Sobram 0 elétrons

Distribuição eletrônica do Sódio: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

A camada de valência é a 3ª camada (3s¹), com 1 elétron.

Distribuição Eletrônica do Ferro (Fe)

O ferro possui número atômico Z = 26, o que significa 26 elétrons.

1. 1s² (2 elétrons) – Sobram 24 elétrons
2. 2s² (2 elétrons) – Sobram 22 elétrons
3. 2p⁶ (6 elétrons) – Sobram 16 elétrons
4. 3s² (2 elétrons) – Sobram 14 elétrons
5. 3p⁶ (6 elétrons) – Sobram 8 elétrons
6. 4s² (2 elétrons) – Sobram 6 elétrons
7. 3d⁶ (6 elétrons) – Sobram 0 elétrons

Distribuição eletrônica do Ferro: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

A camada de valência é a 4ª camada (4s²), com 2 elétrons.

Distribuição Eletrônica por Camada

Após realizar a distribuição seguindo o Diagrama de Linus Pauling, podemos agrupar os elétrons por camada principal para identificar a camada de valência.

Para o exemplo do Ferro (Fe): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

• Camada K (n=1): 1s² → 2 elétrons
• Camada L (n=2): 2s² 2p⁶ → 8 elétrons
• Camada M (n=3): 3s² 3p⁶ 3d⁶ → 14 elétrons
• Camada N (n=4): 4s² → 2 elétrons

A camada mais externa (de valência) é a N, com 2 elétrons.

Exercícios com Gabarito

1. (ENEM-2021)
Um átomo neutro de argônio (Ar) possui número atômico Z = 18. Qual é a sua distribuição eletrônica em camadas (níveis de energia)?

• a) K=2, L=8, M=8
• b) K=2, L=8, M=6, N=2
• c) K=2, L=6, M=10
• d) K=2, L=7, M=9
• e) K=2, L=8, M=7, N=1

Resposta: Alternativa a: Para Z=18, a distribuição de Pauling é 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. Agrupando por camadas: K (1s²) = 2 elétrons; L (2s² 2p⁶) = 8 elétrons; M (3s² 3p⁶) = 8 elétrons.

2. (VUNESP-2019)
Em um átomo neutro, com número atômico igual a 17, qual a subcamada mais energética e o número de elétrons na camada de valência?

• a) 3p⁵ e 7 elétrons
• b) 3s² e 2 elétrons
• c) 3p⁵ e 5 elétrons
• d) 2p⁶ e 6 elétrons
• e) 4s¹ e 1 elétron

Resposta: Alternativa a: Para Z=17 (Cloro), a distribuição eletrônica é 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. A subcamada mais energética é 3p⁵. A camada de valência é a 3ª camada (3s² 3p⁵), que possui 2 + 5 = 7 elétrons.

3. (UNESP-2018)
O elemento químico cobre (Cu), de número atômico 29, apresenta um comportamento anômalo na sua distribuição eletrônica. Qual a distribuição eletrônica correta para o cobre, considerando sua camada de valência?

• a) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹
• b) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰
• c) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰
• d) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 4p⁹
• e) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰

Resposta: Alternativa b: Embora a ordem esperada pelo Diagrama de Linus Pauling fosse 4s² 3d⁹, o cobre (assim como a prata e o ouro) promove um elétron do subnível 4s para o 3d para atingir maior estabilidade com o subnível d completamente preenchido (3d¹⁰), resultando em 4s¹ 3d¹⁰.