Por Richard Gaughan Atualizado em 30 de agosto de 2022
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Os átomos consistem em um núcleo pesado cercado por elétrons leves. A mecânica quântica determina que os elétrons ocupem regiões distintas chamadas orbitais. Como as interações químicas ocorrem principalmente através dos elétrons mais externos, a forma desses orbitais é crucial para a compreensão de como os átomos se ligam e se comportam.
Números Quânticos e Orbitais
Os físicos descrevem o estado de um elétron com um conjunto de números quânticos inteiros. O número quântico principal
n está relacionado à energia, enquanto o número quântico orbital
l e o número quântico magnético
m determinar a geometria e orientação do orbital. Existem números quânticos adicionais, mas eles não influenciam diretamente a forma orbital. Orbitais representam nuvens de probabilidade – e não caminhos literais de elétrons – ao redor do núcleo.
Orbitais S
Para cada valor de
n , existe um orbital onde ambos
l e
m igual a zero. Estas são cascas esféricas, expandindo em tamanho como
n aumenta. O orbital s é o único tipo que existe para o estado fundamental (n=1) e aparece em todos os níveis de energia principais. Embora a densidade eletrônica seja maior perto do núcleo, a esfera está efetivamente aninhada como camadas concêntricas.
Orbitais P
Quando
n excede um, surgem tipos orbitais adicionais. Para
l igual a um, o orbital é chamado de orbital p. Eles se assemelham a halteres. Cada
l valor permite
m variar de –
l para +
l em etapas inteiras, produzindo três orbitais p em cada nível acima de n =1:um orientado ao longo do eixo z (m =0) e dois ortogonais no plano x – y (m =± 1). Os orbitais P aparecem em todos os níveis de energia principais acima do primeiro, com mudanças estruturais sutis como
n cresce.
Orbitais D
Em n=3,
l pode ser 2, dando origem aos orbitais d. Existem cinco orbitais d distintos correspondentes a
m =–2, –1, 0, 1, 2. O orbital m=0 d se assemelha a um haltere com uma “rosquinha” toroidal no meio, enquanto os outros quatro parecem quatro lóbulos dispostos em uma pirâmide quadrada, cada um orientado de forma diferente. Orbitais D estão presentes sempre que o número quântico principal é pelo menos três.
Orbitais F
Para n=4,
l é igual a 3, produzindo orbitais f. Estes são os mais complexos e difíceis de visualizar. Os orbitais m=0, ±1 assemelham-se a halteres com dois anéis toroidais flanqueando a barra central, enquanto os valores m restantes produzem formas semelhantes a feixes de oito balões amarrados juntos em um nó central. Os orbitais F ficam disponíveis em todos os níveis de energia onde n é quatro ou maior.
Visualizações
A matemática por trás dos orbitais de elétrons é complexa, mas inúmeras ferramentas online reproduzem essas formas graficamente. Essas visualizações são inestimáveis para compreender como os elétrons se distribuem em torno de um núcleo.
