Relação entre a tabela periódica e a distribuição eletrônica.

A segunda parte sobre distribuição eletrônica (link) foi encerrada com uma pergunta sobre como fazer a engenharia reversa para se descobrir o elemento a partir dos números quânticos do elétron mais energético de seu átomo no estado fundamental. Os números apresentados foram:

n = 5, ℓ = 1, m = +1 e s = -1/2

Lembrando que adoto aqui a convenção de que seta para cima representa spin + 1/2 e seta para baixo o spin -1/2. Sempre preenchendo os orbitais com "setas para cima" (elétrons de spin +1/2) primeiro.

Vamos à engenharia reversa. n = 5 significa que a distribuição eletrônica terminou na quinta camada. ℓ =  1 significa que terminou no subnível "p", m = +1 significa que terminou no terceiro orbital de um total de três, pois a distribuição se dá da esquerda para a direita. E spin -1/2 significa que foi na segunda volta, ou seja, subnível completo.

Distribuições possíveis com ℓ = 1 e mℓ = +1.

Veja a imagem acima, note que o número quântico principal é irrelevante aqui. Se temos ℓ = 1, trata-se do subnível "p", que tem três orbitais, que recebem número quântico magnético desde -1 a +1 passando por zero. Como preenchemos da esquerda para a direita com setas para cima e depois da esquerda para a direita com setas para baixo, para m = +1 tem de ser o terceiro ou o sexto elétron. Na convenção desta postagem, s = +1/2 significa o terceiro e s = -1/2 significa o sexto.

Tabela periódica com famílias e períodos numerados.

Existe uma correlação muito íntima entre a distribuição eletrônica dos elétrons de um átomo no estado fundamental e a posição que o elemento ocupa na tabela periódica. A primeira delas é quanto ao número quântico principal da camada mais externa, que está relacionado com o período no qual o elemento se encontra. n = 5 significa 5º período.

Tabela periódica sem a maior parte das linhas verticais e horizontais.

Agora veja esta forma da tabela periódica, é bem provável que você consiga distinguir dentro dela quatro regiões bem distintas, uma de duas colunas (1 e 2) à esquerda, outra de seis colunas à direita (13 a 18), outra de dez colunas ao centro (3 a 12) e uma de catorze colunas abaixo, alinhada da 3 à 16, mas não corresponde a elas. São justamente as regiões correspondentes aos subníveis nos quais a distribuições eletrônicas terminam: "s", "p", "d" e "f". Fica assim então:

Relação entre as regiões da tabela periódica e os subníveis.

Com isto, creio que fica um pouco mais intuitivo para você associar a coluna ao elemento. Quem termina em s¹ está na coluna 1, em s² está na coluna 2, exceto o hélio (He), pois este é gás nobre e se junta a seus semelhantes. Quem termina em p¹, está na coluna 13, em p², coluna 14 e assim por diante. Para a região central e abaixo, mesma ideia. d¹, d² e d³ nas colunas 3, 4 e 5 respectivamente. Para quem termina em subnível "f", se terminar em f¹² basta contar de um a doze da esquerda para a direita.

Concluindo, se o elemento possui átomo no estado fundamental com os quatro números quânticos de seu elétron de maior energia com os valores n = 5, ℓ = 1, m = +1 e s = -1/2, significa que ele tem seis elétron no subnível "p" da quinta camada eletrônica. Trata-se de quem se encontra na coluna 18 e 5º período. Xenônio portanto.

Se tentarmos fazer o mesmo raciocínio para o iodo (I), com número atômico Z = 53, veremos alguma semelhança.

Relação entre a distribuição e a posição do iodo na tabela periódica.

Agora entra em cena um detalhe que passa despercebido pela maioria a correlação dele com a tabela periódica. Quando a distribuição eletrônica termina em subnível "s" ou "p", eles sempre pertencem à camada de valência. Mas quando termina no "d", é sem a penúltima camada, no "f" então, é a antepenúltima.

Distribuições eletrônicas do ferro (Fe) e do urânio (U).

Observe que o urânio possui um total de sete camadas eletrônicas, mas sua distribuição termina na quinta. Para o ferro são quatro ao todo e a distribuição termina na terceira. Diante disso podemos estabelecer um padrão.

Encontramos distribuições terminadas em ns, np, (n-1)d e (n-2)f, onde n é o período no qual o elemento se encontra. Lembrando que isto só vale para distribuições eletrônicas para átomos no estado fundamental, que é o de menor energia. Note que fiz em função do período.

Se (n-1) = 3, então n = 4. Ou se (n-2) = 5, então n = 7.

O contrário também é perfeitamente plausível fazer, determinar como termina a distribuição eletrônica no estado fundamental a partir da posição do elemento na tabela periódica.

Por exemplo, para o zinco (Zn), que está no quarto período e coluna 12, a décima da esquerda para a direita dentro da região central ("d") da tabela. Diremos que sua distribuição termina com 3d¹⁰, os quatro números quânticos de seu elétron mais energético serão n = 3, ℓ = 2, m = +2 e s = -1/2.

Tente você agora determinar os quatro números quânticos para o elétron de maior energia do fósforo (P) e do ósmio (Os) apenas olhando suas posições na tabela periódica. Comente seu resultado. 

Até a próxima.