O Diagrama de Linus Pauling, também chamado de Princípio de Aufbau ou Diagrama de energia, é um instrumento bem eficaz que permite achar propriedades e características do átomo.
A estrutura de um átomo sempre foi um assunto complexo de se analisar. No decorrer dos anos, diversos cientistas disponibilizaram seus conhecimentos a fim de estudar como o átomo era constituído, desenvolvendo teorias e modelos.
Com isso, na atualidade temos diversos conhecimentos da constituição de um átomo, como, por exemplo, os níveis de energia e camadas (Bohr), os subníveis de energia (Sommerfeld) e orbitais atômicos (Schrondinger).
Parece confuso? Vamos explicar tudo para você, e o melhor, com muitos exemplos. Nos acompanhe e fique afiado em diagrama de Linus Pauling!
Antes de tudo, entenda como os átomos estão organizados
O átomo é formado por três partículas: prótons (partícula positiva), nêutrons (neutra) e elétrons (negativa).
A quantidade de prótons (prótons = número atômico, ou seja, p = Z) em um núcleo permite diferenciar um elemento químico de outro, e o número de massa (A) relaciona a soma de prótons e nêutrons em um núcleo (A = Z + n, onde n = número de nêutrons).
Os elétrons se encontram na eletrosfera, girando ao redor do núcleo em órbitas. O número de elétrons que possui cada órbita de um átomo e sua estrutura eletrônica pode ser representado pela configuração eletrônica.
Níveis dos átomos
O átomo possui no total sete níveis de energia, que é representado pelas letras K, L, M, N, O, P, Q, que são camadas eletrônicas, cada um desses níveis contém uma quantidade específica de energia, ou seja, contém um número máximo de elétrons . Sendo assim:
K = 2 elétrons
L = 8 elétrons
M = 18 elétrons
N = 32 elétrons
O = 32 elétrons
P = 18 elétrons
Q = 8 elétrons
Subníveis dos átomos
Temos no total quatro, sendo estes, s, p ,d, f, cada um possui uma quantidade de número de orbitais (região do espaço com máxima probabilidade de encontrar um elétron) e um número máximo de elétrons.
OBSERVAÇÃO: Cada orbital comporta no máximo 2 elétrons. Dessa forma:
s = 1 orbital = 2 elétrons = s2
p = 3 orbitais = 6 elétrons = p6
d = 5 orbitais = 10 elétrons = d10
f = 7 orbitais = 14 elétrons = f14
O subnível d, possui 5 orbitais e comporta no máximo 10 elétrons, mas isso não significa que sempre teremos todos os elétrons preenchidos.
Colocando todos os dados em um quadro, temos que:
| Camada eletrônica | Nível | Subnível | Quantidade máxima de elétrons |
| K | 1 | s | 2 |
| L | 2 | sp | 8 |
| M | 3 | spd | 18 |
| N | 4 | spdf | 32 |
| O | 5 | spdf | 32 |
| P | 6 | spd | 18 |
| Q | 7 | sp | 8 |
Conheça Linus Pauling, criador do diagrama
Linus Carl Pauling foi um excelente químico norte-americano, nasceu em 1901 e veio a falecer em 1994.
Ele foi um dos mais reconhecidos cientistas do século XX, sendo este notório por dois prêmios Nobel. Recebeu em 1954 o Nobel de Química e em 1962 o Nobel da paz.
Pauling empenhou-se mais na área da química relacionada a mecânica quântica, mas teve diversas contribuições em outras áreas como na química orgânica, inorgânica, psicologia, biologia molecular, entre outros.
O diagrama de Linus Pauling
Uma de suas colaborações, foi no chamado Diagrama de Linus Pauling, onde por meio deste diagrama pode-se realizar a distribuição dos elétrons por meio dos subníveis de energia, distribuindo os elétrons do menor ao maior nível de energia no estado fundamental.
De acordo com Pauling, temos sete camadas eletrônicas dividindo a eletrosfera (K, L, M, N, O, P, Q) em volta do núcleo atômico.
Cada uma dessas camadas permite um máximo de elétrons, que são, respectivamente 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8 elétrons. Temos também a atribuição de subníveis de energia, indo do primeiro elétron de menor energia para o de maior energia.
Para entendermos esse diagrama, é necessário primeiro entender a simbologia que se encontra presente nele:
Dessa maneira, é possível descobrir a sequência energética, utilizando os dados das camadas, nível, subnível e quantidade de elétrons presentes.
Como utilizar o diagrama de Linus Pauling?
A distribuição eletrônica dos elétrons é realizada com o auxílio do diagrama de Linus Pauling, sendo possível, distribuir os elétrons tanto de átomos no estado fundamental, quanto em íons, com a diferença de que como o íon é um átomo que perdeu ou ganhou elétrons, isso deve ser levado em consideração.
Regras do diagrama de Linus Pauling
O ato de retirar ou acrescentar elétrons deve ser feito no subnível mais externo e não no mais energético.
Devemos realizar a distribuição eletrônica partindo de um átomo neutro e só depois realizar os ajustes de acrescentar ou retirar elétrons.
Se for um:
– Cátion = átomo que perdeu elétrons ficando com carga positiva, então deve-se retirar os elétrons que foi perdido
– Ânion = átomo que ganhou elétrons ficando com carga negativa, então deve-se adicionar os elétrons que este recebeu.
– Átomo neutro = realizar a distribuição normalmente.
Os elétrons são distribuídos de acordo com o nível energético de cada subnível, em uma sequência ocupando primeiramente os subníveis de menor energia, indo para o de maior energia.
Dessa forma, ocorre a distribuição do diagrama, ou seja, de maneira crescente em termos de energia, realizada pela distribuição dos elétrons.
Entenda como aplicar o Diagrama de Linus Pauling na prática
A linha pontilhada em verde no esquema acima mostra a ordem crescente de energia no decorrer do diagrama.
Assim, podemos verificar por exemplo, que 4p tem mais energia que 1s. Desse modo, Linus Pauling determinou a ordem crescente de energia:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6
A distribuição eletrônica permite descobrir de qual elemento estamos tratando, através de seu número atômico.
A tabela periódica é dividida de acordo com as características e propriedades dos elementos, considerando também, que a distribuição eletrônica tem como base o preenchimento de orbitais, podemos dividir a mesma pelos subníveis que vimos anteriormente. Da seguinte forma:
Vejamos um exemplo:
– O número atômico do oxigênio é Z = 8 (8O) descubra qual o período este elemento se encontra na tabela periódica.
Solução:
Vimos anteriormente a ordem crescente da distribuição de pauling, usaremos essa como auxílio. (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6)
Realizando a distribuição do Z = 8: 1s2 2s2 2p4 (2 + 2 + 4 = 8)
Sabemos então, pela camada mais externa 2p4, que este elemento se encontra no 2º período.
Resumo sobre Diagrama de Pauling
Como vimos durante todo o estudo, o Diagrama de Pauling, também chamado de Princípio de Aufbau ou Diagrama de energia, pode ser descrito como uma interpretação da distribuição eletrônica, onde os elétrons são distribuídos de acordo com o nível energético de cada subnível, em uma sequência ocupando primeiramente os subníveis de menor energia, indo para o de maior energia.
Aprendemos que, ao redor do núcleo atômico há níveis, subníveis e orbitais.
Através de um diagrama o químico Linus Carl Pauling realizou a distribuição de elétrons, em que é possível distribuir os elétrons de qualquer átomo ou íon, verificar onde tem mais ou menos energia, classificar um elemento na tabela periódica com o número atômico.
Exercícios sobre diagrama de Linus Pauling
Questão 1
(Ufpr/2017) As propriedades das substâncias químicas podem ser previstas a partir das configurações eletrônicas dos seus elementos. De posse do número atômico, pode-se fazer a distribuição eletrônica e localizar a posição de um elemento na tabela periódica, ou mesmo prever as configurações dos seus íons.
Sendo o cálcio pertencente ao grupo dos alcalinos terrosos e possuindo número atômico Z = 20 a configuração eletrônica do seu cátion bivalente é:
a) 1s22s22p6 3s2
b) 1s22s22p6 3s2 3p6
c) 1s22s22p6 3s2 3p6 4s2
d) 1s22s22p6 3s2 3p6 4s2 3d2
e) 1s22s22p6 3s2 3p6 4s2 4p2
Questão 2
(Ifce/2019) O metal de transição ferro Fe (Z=26) pode formar duas espécies catiônicas, o íon ferroso Fe2+ e o íon férrico Fe³+. Apresenta as configurações eletrônicas corretas para as duas espécies catiônicas do elemento ferro o item
Questão 3
(Espcex (Aman)/2018)Quando um átomo, ou um grupo de átomos, perde a neutralidade elétrica, passa a ser denominado de íon. Sendo assim, o íon é formado quando o átomo (ou grupo de átomos) ganha ou perde elétrons. Logicamente, esse fato interfere na distribuição eletrônica da espécie química. Todavia, várias espécies químicas podem possuir a mesma distribuição eletrônica.
Considere as espécies químicas listadas na tabela a seguir:
A distribuição eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (segundo o Diagrama de Linus Pauling) pode corresponder, apenas, à distribuição eletrônica das espécies
a) I, II, III e VI.
b) II, III, IV e V.
c) III, IV e V.
d) I, II e IV.
e) I, V e VI.
Gabarito das questões sobre diagrama de Linus Pauling
Resposta da questão 1: B
Configuração eletrônica do cátion bivalente do cálcio:
Resposta da questão 2: C
Resposta da questão 3:D
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