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  • Vitor Peres

Um avanço atômico: o modelos dos orbitais atômicos

A teoria atômica proposta inicialmente por Demócrito marca um ponto crucial na história da humanidade, consistindo no momento em que o ser humano se volta à busca daquilo que constitui, essencialmente, todos os objetos e seres vivos ao seu redor. Nesse contexto, é exposta a ideia de pequenas partículas denominadas de “átomos” como costituintes da matéria, isso é, tudo aquilo que possui massa e volume.


Cerca de 19 séculos se passaram, e em 1808, o estudo a respeito da constituição da matéria foi retomado por John Dalton por meio de seu modelo atômico, o qual buscava representar o átomo como uma esfera homogênea, indestrutível e indivisível. Após o britânico, o modo de representação do átomo virou um grande objeto de estudo, passando a receber modificações feitas por uma série de estudiosos que chegaram a propor seus próprios modelos atômicos. A exemplo, destacam-se J. J. Thomson (1897), Rutherford (1911) e Niels Böhr (1913) com seus respectivos modelos conhecidos como ”modelo do pudim de passas”, “modelo planetário” e “modelo com orbitais de energias fixas”.


Ainda no século 20, com o desenvolvimento da Mecânica Quântica, Louis de Broglie anunciou a natureza dual do elétron no princípio da dualidade onda-partícula. Segundo esse princípio, um elétron em movimento teria uma onda característica associada a ele. Outra teoria de notável relevância é o princípio da incerteza formulado por Werner Heisenberg em 1926, esse princípio determinou a impossibilidade de se conhecer simultaneamente e com precisão a velocidade e a posição de um elétron, indicando que quanto mais precisa for uma dessas medidas, maior será o erro associado à outra.


Assim, uma vez definida a energia (associada a velocidade) do elétron, só é possível calcular a região de máxima probabilidade de encontrar esse elétron. Tal é o enunciado proposto por Erwin Schrödinger com a solução da equação de Schrödinger, dando origem à denominação dessa região do espaço como orbital.

Figura 1 - Orbital atômico


O orbital ou nuvem eletrônica possui 4 números quânticos que o definem. Primeiramente, o número quântico principal (n) identifica a qual das 7 camadas do modelo atômico de Rutherford-Bohr o elétron pertence. Em seguida, o número quântico secundário (l) identifica tanto o subnível energético, como o formato da nuvem eletrônica da partícula, através dos valores comumente atribuídos pelas letras s, p, d e f  que variam de 0 a 3. 


Já a orientação espacial dos próprios orbitais dentro desses subníveis pode ser identificada pelo chamado número quântico magnético (m) representando em -l,...,0,...,+l (-1,0,+1 para o orbital p/1 por exemplo). Finalmente, é importante observar que, apesar de possuírem cargas opostas, dois elétrons estão num mesmo orbital quando esse está na sua capacidade máxima, graças a rotações (spin) dos elétrons em sentidos contrários responsáveis por criar campos magnéticos que se repelem, ideia ilustrada no número quântico de spin (s) de valor correspondente a +½ (⬆) ou -½ (⬇).


Diante disso, é importante ressaltar o enunciado do princípio da exclusão de Pauli, segundo o qual estabelece que não existem dois elétrons com quatro número quânticos iguais num átomo, tornando o conjunto dos 4 números quânticos um verdadeiro código postal para a identificação do elétron. Além disso, a regra de Hund determina o preenchimento dos orbitais, começando com todos recebendo um elétron para só então receberem um segundo elétron.

Atualmente, esse modelo costuma ser amplamente adotado na explicação das ligações químicas, afinal é condizente com grande parte das propriedades apresentadas por compostos orgânicos. No caso das ligações covalentes, por exemplo, ocorre a formação de orbitais moleculares pela superposição de dois orbitais atômicos que passam a compartilhar o mesmo espaço. 


Outro conceito imprescindível é o de hibridização, que ocorre quando dois orbitais atômicos não híbridos da camada de valência se unem e formam novos orbitais, configurando diferentes tipos de hibridização com variadas geometrias moleculares. Esse assunto, inclusive, já foi abordado em exames vestibulares, como o do ITA (Instituto de Tecnológico de Aeronáutica).


Assim, o modelo dos orbitais atômicos representou um enorme avanço na representação do átomo e, após ser validado através de diversos  experimentos, é considerado o modelo vigente aceito na contemporaneidade. 







REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 


[1]nBRONDANI, Patrícia. De Orbitais Atômicos a Orbitais Moleculares: Explicando Ligações Químicas e Polaridade. UFSC. Disponível em: https://patyqmc.paginas.ufsc.br/files/2019/07/Orbitais-atômicos-Orbitais-moleculares-Hibridização-e-polaridade-CORRIGIDO-MORGANA-1.pdf. Acesso em 21 abr. 2024


[2] Disponível em: https://www.facebook.com/cerndaquestao/posts/1347324102071256/. Acesso em 26 abr 2024


[3] FELTRE, Ricardo. Química, vol. 1, 6 edição. São Paulo: Moderna, 2004.


[4] LIMA, Marcio Matos; SILVA, José Luís de Paula Barros. Orbital atômico: modos e conceituar e ensino. Scientia naturalis, v. 1, n. 3, 2019.


[5] MARCHESI, Mateus Queiroz; CUSTODIO, Rogerio. Evolução histórica dos modelos atômicos. Revista Chemkeys, v. 5, p. e023003-e023003, 2023.




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