Elétrons de valência e níveis de energia
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O elétron é um dos fatores mais importantes na determinação de como um átomo reagirá com outro átomo ou molécula. Um único elétron pode fazer toda a diferença nas propriedades de um átomo.
Por exemplo, o sódio tem um elétron externo, localizado naquele orbital de 3 s . Com esse elétron externo, o sódio é muito brilhante, prateado e extremamente explosivo na água. É tão perigoso que provavelmente você nunca o verá em sua forma elementar neutra.
E se você encontrar algum sódio, provavelmente o verá sendo armazenado em algum tipo de óleo para que não reaja com a umidade do ar.
Então, onde você viu sódio? Você pode ter polvilhado um pouco na comida esta tarde! Se você colocar sal (ou cloreto de sódio) na comida, terá experimentado como é o sódio sem o elétron externo de 3 s .
O sódio, em sua forma prateada, perde facilmente aquele elétron externo de 3 s , transformando-o em íon sódio com carga 1 positiva. O sódio com um elétron a menos do que o próton terá uma carga positiva 1 porque os prótons são carregados positivamente e os elétrons negativamente. Este íon sódio com apenas 10 elétrons é completamente diferente do sódio metálico neutro com todos os 11 elétrons.
O íon sódio tem gosto salgado e não reage com a água. Você o consome todos os dias, e é muito importante que o faça, porque ele desempenha um papel importante nas funções nervosas e no equilíbrio de fluidos do seu corpo.
Elétrons de valência
Esta foi apenas uma breve introdução sobre como a estrutura eletrônica afetará a função e a reatividade (e até mesmo o sabor) de um átomo. Como mencionado, a localização e a quantidade de elétrons são fatores importantes para determinar como um átomo reagirá.
No entanto, a informação mais importante sobre os elétrons tem a ver com os elétrons mais externos, ou elétrons de valência .
- Os elétrons internos de um átomo são normalmente mantidos fortemente pelo núcleo e geralmente não participam de muitas reações.
- Os elétrons externos são os principais atores em todas as reações químicas.
Aquele pequeno elétron de 3 s no sódio é o elétron mais importante do sódio. Será aquele que está presente (no explosivo sódio metálico) ou ausente (no íon sódio no cloreto de sódio em seu sal de cozinha). Esta lição enfocará os dois aspectos mais importantes desses elétrons de valência: a quantidade de elétrons de valência e a energia dos elétrons de valência.
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Número de elétrons de valência
Como mencionado, o sódio tem um elétron de valência (esse elétron de 3 s ), que é uma das razões por que é tão reativo e instável. Se o sódio tem um elétron de valência, quantos o potássio tem? A resposta também é uma!
No entanto, é um elétron de 4 s . Na verdade, todos os átomos da primeira coluna da tabela periódica têm um elétron de valência e todos os átomos da primeira coluna da tabela periódica são extremamente reativos e tendem a perder aquele elétron externo e se tornar mais estáveis.
Como o número de elétrons de valência é tão importante (em oposição aos internos), eles às vezes são representados em diagramas de pontos de Lewis, conforme mostrado. Os diagramas de pontos de Lewis mostram os símbolos dos átomos com seus elétrons de valência. O sódio é representado por seu símbolo Na, e por ter um elétron de valência, esse elétron de 3 s , esse elétron é representado por um ponto próximo ao símbolo.
Seguindo para a segunda coluna, você notará que o magnésio tem uma configuração eletrônica que termina em 3 s 2 , o que significa que existem dois elétrons de valência no magnésio. Novamente, esses dois elétrons são extremamente importantes, então às vezes o magnésio é representado como Mg com dois pontos ao seu redor.
Observe como os pontos são representados em lados opostos um do outro no símbolo. Portanto, todos os elementos da segunda coluna terão dois elétrons de valência. A seguir, vamos pular o bloco d . A razão pela qual estamos pulando isso é dupla: primeiro, há um padrão menos previsível no número de elétrons de valência, que está além do escopo desta lição; e uma segunda (e mais importante), os d -electrons não reproduzir tão grande de uma parte nas reacções como s e p electrões fazer.
Passando para a 13ª coluna, que começa com o boro, você notará que existem três elétrons externos: dois elétrons s e um elétron p . Todos os átomos desta família terão três elétrons de valência. Você está começando a ver a formação de um padrão?
Todos os elementos da família do carbono terão quatro elétrons de valência, os elementos da família do nitrogênio terão cinco, os elementos da família do oxigênio terão seis, os halogênios terão sete elétrons de valência e, além do hélio, os elementos do último coluna – os gases nobres – todos terão oito elétrons de valência (dois elétrons s e seis elétrons p ).
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Como você pode ver, o número de elétrons de valência que um átomo possui está relacionado à coluna em que ele se encontra na tabela periódica. Quando um átomo tem oito elétrons de valência, diz-se que tem um octeto de elétrons. Átomos com um octeto completo ter s e p orbitais que são completamente cheios com electrões, de modo que são extremamente estáveis.
Observe que os diagramas de pontos de Lewis preenchem as camadas externas colocando primeiro quatro elétrons em cada lado e, em seguida, começando a emparelhá-los com a adição do quinto elétron. Essa representação nos ajudará mais tarde, quando discutirmos a ligação química.
Energia de elétrons de valência
Além do número de elétrons de valência que um átomo possui, a energia que eles possuem (ou o nível de energia em que estão) é a última informação que ajuda a prever como um átomo reagirá. Vamos dar uma olhada na primeira coluna de elementos. Todos eles têm um elétron de valência, mas seus elétrons de valência estão localizados cada vez mais longe do núcleo à medida que você desce na tabela periódica.
Por exemplo, aquele elétron de valência no lítio está no orbital 2 s . Esse número 2 é o número quântico principal que representa o tamanho do orbital. O orbital 2 s será muito menor do que o orbital 4 s no potássio que contém seu elétron de valência. O que isso significa é que o elétron de valência no potássio terá mais energia e estará mais longe do núcleo do que o elétron de valência no lítio.
Que diferença isso faz? Bem, como você deve ter notado no exemplo do sódio, os elementos da primeira coluna vão se livrar de seus elétrons externos o mais rápido possível. Ter aquele elétron externo voando sozinho por aí torna aquele átomo muito instável quimicamente. A capacidade dele de reagir quimicamente depende diretamente da facilidade com que ele pode se livrar daquele elétron externo.
O potássio tem muito mais probabilidade de se livrar de seu elétron externo do que o lítio porque seu elétron externo está no orbital 4 s , que está muito mais distante da atração interna do núcleo carregado positivamente. O lítio se agarrará ao seu elétron de 2 s com mais força do que o potássio se agarrará ao seu elétron de 4 s porque o elétron de 2 s está mais próximo da atração interna do núcleo carregado positivamente. Isso torna o potássio muito mais reativo do que o lítio. Se você colocar um pequeno pedaço de lítio na água, ele pode apenas borbulhar, mas se você colocar a mesma quantidade de potássio na água, ele provavelmente estourará ou explodirá.
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Como você deve ter notado, a linha em que um elemento está representará o nível de energia que os elétrons de valência terão. Os elementos da primeira linha (hidrogênio e hélio) terão elétrons externos no primeiro nível de energia. Seu número quântico principal é 1.
Os elementos na segunda linha (lítio a neon) terão elétrons de valência no segundo nível de energia com um número quântico principal de 2. A tendência continua até a sétima linha. Lembre-se de que essas duas últimas linhas realmente pertencem espremidas na sexta e sétima linhas.
Resumo da lição
A característica mais importante de um átomo que ajuda a prever suas propriedades químicas é a localização e a quantidade de seus elétrons – mais especificamente, seus elétrons de valência ou elétrons externos. Os elétrons externos são aqueles que participam das reações químicas, alterando as propriedades de um átomo ou molécula.
A coluna em que um elemento está na tabela periódica indicará quantos elétrons de valência ele possui e, por enquanto, quando contarmos as colunas, pularemos o bloco d . A linha em que um elemento está indicará o nível de energia dos elétrons externos. Finalmente, como os elétrons de valência são tão importantes, eles podem ser representados simbolicamente em diagramas de pontos de Lewis .
lições objetivas
Depois de assistir a esta lição, você será capaz de:
- Definir elétrons de valência e identificar quantos um elemento tem
- Entenda a importância de quantos elétrons de valência um elemento possui
- Explicar como representar o número de elétrons de valência em um diagrama de pontos de Lewis
- Descreva a importância da localização orbital dos elétrons de valência em um elemento