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Orbital atômico – Wikipédia, a enciclopédia livre

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 Nota: Para outros significados, veja Orbital.

Orbitais atómicas

Orbital atômico (português brasileiro) ou orbital atómica (português europeu) de um átomo é a denominação dos estados estacionários da função de onda de um elétron (funções próprias do hamiltoniano (H) na equação de Schrödinger {\displaystyle H\psi =E\psi }, em que {\displaystyle \psi } é a função de onda).[1] Entretanto, os orbitais não representam a posição exata do elétron no espaço, que não pode ser determinada devido à sua natureza ondulatória; apenas delimitam uma região do espaço na qual a probabilidade de encontrar o elétron é mais alta.[2]

{\displaystyle |L|=\hbar \cdot {\sqrt {l(l+1)}}}

A notação científica (procedente da espectroscopia) é a seguinte:

Para os demais orbitais segue-se a ordem alfabética.

{\displaystyle L_{z}=\hbar \cdot m}

Pode-se decompor a função de onda empregando-se o sistema de coordenadas esféricas da seguinte forma:

{\displaystyle \psi _{n,~l,~ml}=R_{n,~l}(r)~\Theta _{l,~m_{l}}~(\theta )~\Phi _{m_{l}}(\varphi )}

Onde

  • {\displaystyle R_{n,~l}~(~r)} representa a distância do elétron até o núcleo, e
  • {\displaystyle \Theta _{l,~m_{l}}~(\theta )~\Phi _{m_{l}}(\varphi )} a geometria do orbital.

Para a representação do orbital emprega-se a função quadrada, {\displaystyle \left|\Theta _{l,~m_{l}}~(\theta )\right|^{2}} {\displaystyle \left|~\Phi _{m_{l}}(\varphi )\right|^{2}} , já que esta é proporcional à densidade de carga e, portanto, a densidade de probabilidade, isto é, o volume que encerra a maior parte da probabilidade de encontrar o elétron ou, se preferir, o volume ou a região do espaço na qual o elétron passa a maior parte do tempo.

O orbital {\displaystyle s} tem simetria esférica ao redor do núcleo. Na figura seguinte, são mostradas duas alternativas de representar a nuvem eletrônica de um orbital {\displaystyle s}:

  • Na primeira, a probabilidade de encontrar o elétron (representada pela densidade de pontos) diminui à medida que nos afastamos do núcleo.
  • Na segunda, se apresenta o volume esférico no qual o elétron passa a maior parte do tempo.

Pela simplicidade, a segunda forma é mais utilizada.

Para valores de número quântico principal maiores que um, a função densidade eletrônica apresenta {\displaystyle n-1} nós, nos quais a probabilidade tende a zero. Nestes casos, a probabilidade de encontrar o elétron se concentra a certa distância do núcleo.

A forma geométrica dos orbitais {\displaystyle p} é a de duas esferas achatadas até o ponto de contato (o núcleo atómico) e orientadas segundo os eixos de coordenadas. Em função dos valores que pode assumir o terceiro número quântico {\displaystyle m(-1,~0~e~+1)}, obtém-se três orbitais {\displaystyle p} simétricos, orientados segundo os eixos {\displaystyle x,~z~e~y}. De maneira análoga ao caso anterior, os orbitais {\displaystyle p} apresentam {\displaystyle n-2} nós radiais na densidade eletrónica, de modo que, à medida que aumenta o valor do número quântico principal, a probabilidade de encontrar o elétron afasta-se do núcleo atômico.

Os orbitais {\displaystyle d} tem uma forma mais diversificada: quatro deles têm forma de 4 lóbulos de sinais alternados (dois planos nodais, em diferentes orientações espaciais), e o último é um duplo lóbulo rodeado por um anel (um duplo cone nodal). Seguindo a mesma tendência, apresentam {\displaystyle n-3} nós radiais.

Referências

  1. ↑ Milton Orchin, Roger S. Macomber, Allan Pinhas e R. Marshall Wilson (2005). «Atomic Orbital Theory» (PDF) (em inglês). Media.wiley.com
  2. ↑ Daintith, J. (2004). Oxford Dictionary of Chemistry (em inglês). Nova Iorque: Oxford University Press. ISBN 0-19-860918-3