Números quânticos

RKA6GM - O modelo do átomo de Bohr diz que temos 1 elétron orbitando ao redor de um núcleo atômico. E esse elétron se encontra em uma posição que nós chamamos de "r", certo? Através do modelo de Bohr, nós conseguimos dizer com precisão onde esse elétron se encontra. Então, por esse motivo nós falamos que esse elétron se encontra em uma órbita, então, o elétron está em órbita ao redor do núcleo atômico. Por outro lado, no átomo da mecânica quântica, não podemos dizer exatamente onde o elétron se encontra, mas podemos dizer, com uma certa probabilidade, que ele se encontra numa região, essa região aqui, nós chamamos de "orbital", ou seja, o elétron está em um orbital. O orbital seria uma região do espaço onde temos grandes probabilidades de encontrar um elétron. Então, aqui, nós temos 2 versões para o átomo de hidrogênio: o modelo do átomo de Bohr na qual o elétron está em uma órbita muito bem determinada ao redor do núcleo atômico, como se fosse um planeta orbitando ao redor do Sol, e do outro lado, a versão da mecânica quântica, que não podemos dizer exatamente onde o elétron se encontra. Mas podemos dizer com certa probabilidade que existe uma região onde podemos encontrar esse elétron, e essa região é o que chamamos de "orbital". Podemos descrever esse elétron em seu orbital utilizando quatro características chamadas "números quânticos". E o primeiro número quântico seria o número quântico principal, que a gente simboliza pela letra "n", e pode ser caracterizado através de números positivos inteiros, então, por exemplo, seria o "n" = 1, 2, 3, e assim sucessivamente. Esse número aqui indica o nível primário de energia. Por esse motivo, nós podemos dizer que o elétron se encontra em um certo nível de energia, mas também podemos chamar isso de "camada", e esse número está diretamente associado ao nível de energia. Por exemplo, vamos supor... um núcleo atômico, e quando temos "n" = 1, significa que esse elétron está numa certa região com o nível de energia mais baixo, ou seja, ele se encontra mais próximo ao núcleo. Agora, se tivéssemos aqui um "n" = 2, significaria que o elétron aqui está numa região com o nível de energia mais alto. Ou seja, está mais distante desse núcleo atômico, então esse número quântico principal indica exatamente isso, o nível primário de energia desse elétron. Ou seja, quanto maior for o número quântico principal, maior será o nível de energia desse elétron e maior será a distância média que ele se encontra em relação ao núcleo atômico. O número quântico secundário ou azimutal, representado pela letra "l", indica a forma de um certo orbital. Esse número quântico secundário, ou a letra "l", aqui nesse caso, é definido através do número quântico primário, ou seja, o número quântico principal aqui. Então, por exemplo, se nós temos aqui um "l" = 1, 2, 3, o nosso "l" aqui será igual a 0, 1, 2, e assim sucessivamente até chegar em um número que seja igual a "n - 1". Então, por exemplo, vamos definir o nosso "l" através do "n" = 1, número quântico principal sendo igual a 1. Dessa forma, o nosso "l" será igual a "n - 1", 1 - 1 é igual a zero. Então, aqui, nesse caso, só temos uma forma possível para esse orbital. A gente chama, inclusive, esse orbital de orbital "s", e esse orbital aqui representa uma esfera, como a gente já falou aqui, essa esfera apresenta um certo volume, então esse orbital "s" vai representar justamente esse volume, ou seja, a probabilidade de encontrar um elétron nessa região aqui, que tem essa forma desse volume. Agora, se por outro lado nosso "n" fosse igual a 2, como "l" depende de "n" e que vai de um número até o outro, quando "n" for igual a 2, a gente tem duas possibilidades, que seria igual a quê? A "l" partindo do zero, indo até o "n - 1", no caso, 2 - 1 é igual a 1. Então, quando "n" = 1, gente só tem uma possibilidade para o "l", que nesse caso aqui é o zero. Quando o "n" for igual a 2, a gente tem duas possibilidades para o "l", que seria zero e 1. Já falamos aqui antes, e você já sabe que, quando o "l" for igual a zero nós temos o orbital "s", e esse orbital "s" tem uma forma como se fosse uma esfera. Agora, qual seria esse formato, então, para o "l" = 1? Quando "l" for igual a 1, nós temos um orbital que chamamos de "p". E esse orbital "p" tem uma forma um pouco diferente aqui, ele é bem estranho. Ele é muito parecida com isso aqui. Inclusive, esse formato que tem o formato de halter, ele é tridimensional, ou seja, tem um volume aqui. Então esse formato corresponde ao orbital "p". Então se "n" = 1, nós só temos uma possibilidade para "l", e a gente tem o orbital "s", que é essa esfera. Agora, se o "n" for igual a 2, a gente tem duas possibilidades aqui para "l", que é "l" = zero, e a gente chama isso daqui de orbital "s", e o "l" = 1, que é o orbital "p", que tem esse formato aqui. Ou seja, nessa região aqui é que nós temos uma grande probabilidade de encontrar um elétron. Esse número quântico secundário, a gente chama, inclusive, de "subnível", que é onde nós podemos encontrar o elétron com grande probabilidade. Inclusive, nós podemos chamar isso aqui de "camada", certo? E esse "l" aqui, de "subcamadas" ou "subníveis". Agora que já vimos a respeito desses dois números quânticos, vamos ver o nosso terceiro número quântico, ou número quântico magnético, que pode ser representado por "m" ou "mₗ". Esse “l” aqui é subscrito, tudo bem? Seria aqui "mₗ". O número quântico magnético ou "mₗ" indica a orientação do orbital ao redor do núcleo atômico, ok? E o "mₗ", o valor de "mₗ" depende do “l”, ele seria um valor que vai do "-l" até o “+l”. Eu sei que isso soa um pouco confuso, então é melhor logo a gente ver um exemplo para entender sobre isso. Então, pegando aqui, por exemplo, o “l” = zero, certo? O “l” = zero, a gente tem aqui o orbital "s", e isso aqui é um formato de uma esfera. Quando temos “l” = zero, só temos uma possibilidade para esse "mₗ", que seria igual ao próprio zero, certo? E isso faz muito sentido, porque observando aqui, quando temos “l” = zero, nós temos aqui, nesse caso, esse nível "s", e esse nível "s" representa uma esfera. Então, se a gente pegar aqui uma esfera, de fato, aqui no espaço tridimensional, a gente só tem uma possibilidade, uma orientação aqui para essa esfera, certo? Então quando a subcamada “l” for igual a zero, nós temos uma esfera, e apenas uma possibilidade de orientação para essa esfera. Por isso que o "mₗ" = zero. Agora, vamos pegar, por exemplo, aqui quando o “l” = 1. Quando o “l” = 1, nós temos, então, nosso número quântico magnético indo de “-l” até o “l”, ou seja, de -1 até +1. Então teríamos aqui -1, 0, +1. Então são três possibilidades de orientação diferentes para essa subcamada aqui. Então quando “l” for igual a 1, nós temos três possibilidades aqui, ou seja, três orientações: -1, 0, +1. Então, lembrando aqui novamente: quando o nosso “l” for igual a 1, nós temos aqui o nosso subnível "p", certo? E o formato desse nosso subnível "p", ou seja, desse nosso orbital "p" aqui nesse caso, seria o formato de um halter. Concordam comigo? Então, a gente pode representar isso aqui nesse eixo, nesse sistema de coordenadas aqui. Então, só para gente representar bem, vou colocar aqui o nosso sistema de coordenadas, o nosso eixo "x", o nosso eixo "y" e o eixo "z". Então, por exemplo, uma possibilidade aqui de encontrarmos esse halter, de representar esse halter, seria aqui, por exemplo, no eixo "x", a gente teria esse halter aqui, orientado nesse eixo "x". E aí, nesse caso aqui, este orbital "p", a gente pode dizer que é o orbital "px", porque a gente tem a possibilidade de encontrar 1 elétron nessa região aqui, e essa região está orientada no eixo "x". Só que a gente ainda tem uma outra possibilidade de encontrar esse halter. Seria aqui "x" novamente, o eixo "z" e o eixo "y". A nossa outra possibilidade de orientação aqui desse halter seria no eixo "y". Deixa eu subir um pouquinho aqui para ganhar mais espaço. Nesse eixo "y" aqui. Lembrando que isso daqui é o volume, então seria algo tridimensional, ok? Então aqui, nós teríamos o nosso "py". Então, a gente teria aqui o nosso subnível "py". A outra possibilidade de orientação aqui também seria o eixo "z". Então, por exemplo, nós teríamos o halter nessa orientação aqui. Então teríamos aqui o "pz", que seria a terceira orientação possível para esse halter. Então, quando a gente tem aqui essa orientação, ou seja, esse nosso número quântico magnético, nós temos a possibilidade de orientação aqui desse subnível "p". Então vamos aqui ao nosso último número quântico, que seria o número quântico do "spin", que é representado pelo "mₛ". "Spin" significa giro, e é como se o elétron estivesse girando em torno de um certo eixo. É claro que o elétron não faz isso na realidade, mas isso daqui é apenas para gente conseguir entender um pouco essa ideia do spin, ok? Então vamos representar aqui duas possíveis versões do elétron, ok? Então, aqui a gente tem o eixo de rotação aqui, aqui também o eixo de rotação. Novamente, lembrando: o elétron não está girando realmente, tá? Ele não faz isso, mas isso daqui seria uma forma de entender o conceito do spin. Na primeira versão, vamos dizer que o elétron está girando nesse sentido. E na outra versão, no sentido contrário. Claro, meu desenho aqui não está muito bom, não, mas é só para você entender a ideia de que o elétron está girando em um sentido e aqui em outro sentido. E mais uma vez, o elétron não está realmente girando dessa forma, mas isso ajuda a gente a pensar um pouco a respeito do spin, tudo bem? Já que existem duas possibilidades para esse número quântico. O primeiro seria igual a +1/2, ou seja, "mais metade" aqui nesse caso. E a gente costuma também dizer que esse spin aqui seria o spin para cima. E a gente representa, inclusive, com uma seta apontada para cima. E a outra possibilidade desse número quântico seria -1/2, que seria o spin apontado para baixo. Novamente, no sentido físico, esse elétron não está girando, mas você tem duas possibilidades de encontrar esse número quântico do spin, ok? Para cima ou para baixo, +1/2, -1/2. E esses são os quatro números quânticos, que nós vamos estudar um pouco mais a respeito deles para entender um pouco mais dessa ideia do elétron se encontrar em um orbital.