Por Rosann Kozlowski – Atualizado em 30 de agosto de 2022

Os níveis de energia e os orbitais definem a estrutura eletrônica de um átomo, revelando como os elétrons estão dispostos ao redor do núcleo. Esses conceitos surgem da teoria quântica, que descreve os estados de energia discretos que os elétrons podem ocupar.

Teoria Quântica em Breve

A teoria quântica afirma que os átomos podem existir apenas em estados de energia específicos. Quando um elétron transita entre esses estados, ele absorve ou emite um quantum preciso de energia igual à diferença entre os estados inicial e final. Esta quantização é expressa através de um conjunto de quatro números quânticos.

Quatro números quânticos explicados

Cada elétron é identificado exclusivamente por:

• n – Número quântico principal (nível de energia)
• eu – Número quântico azimutal (tipo subcamada)
• m_l – Número quântico magnético (orientação orbital)
• m_s – Número quântico de spin (+½ ou –½)

Número quântico principal (n)

O valor de n determina o tamanho e a energia de um orbital. Aceita valores inteiros começando em 1. Cada nível também é rotulado por uma letra:n=1 (K), n=2 (L), n=3 (M), n=4 (N) e assim por diante.

O número de orbitais em um determinado nível de energia é calculado por n² :

• n=1 → 1²=1 orbital(es)
• n=2 → 2²=4 orbitais (s+p)
• n=3 → 3²=9 orbitais (s+p+d)
• n=4 → 4²=16 orbitais (s+p+d+f)

O número máximo de elétrons por nível de energia segue o princípio de exclusão de Pauli e é dado por 2n² :

• n=1 → 2 elétrons
• n=2 → 8 elétrons
• n=3 → 18 elétrons
• n=4 → 32 elétrons

Número Quântico Azimutal (l)

Para um n fixo , eu pode variar de 0 a n‑1 . Os valores inteiros correspondem aos subníveis:0=s, 1=p, 2=d, 3=f. A capacidade de cada subshell é:

• s – 2 elétrons
• p – 6 elétrons
• d – 10 elétrons
• f – 14 elétrons

Número Quântico Magnético (m_l )

Dado um l , m_l pode receber valores inteiros de –l para +l , incluindo zero. Isso determina a orientação espacial de cada orbital:

• l=0 (s):m_l  =0 → 1 orbital
• l=1 (p):m_l  =–1,0,+1 → 3 orbitais (px, py, pz)
• l=2 (d):m_l  =–2… +2 → 5 orbitais
• l=3 (f):m_l  =–3… +3 → 7 orbitais

Número quântico de spin (m_s )

Cada orbital pode conter dois elétrons com spins opostos:+½ ou –½. Isto garante a conformidade com o princípio de exclusão de Pauli, que proíbe dois elétrons de compartilharem todos os quatro números quânticos.

Juntando tudo

Para verificar a contagem orbital para um nível de energia específico, some os orbitais contribuídos por cada subnível. Por exemplo, para n=3 (camada M):

• s (l=0):1 orbital
• p (l=1):3 orbitais
• d (l=2):5 orbitais

1+3+5=9 orbitais, correspondendo à regra n².

Compreender essas relações é essencial para interpretar configurações eletrônicas, prever o comportamento químico e dominar tópicos avançados em química quântica.