Capítulo 01 - Elétrons e Ligações

Tópico 1.1 - Introdução

Desde o seu surgimento, nas duas primeiras décadas do século XX, a Mecânica Quântica é considerada como a teoria que melhor descreve o comportamento de partículas subatômicas. Os aspectos mais relevantes (para os nossos objetivos) do fato de serem os elétrons partículas quânticas, são resumidos abaixo:
1. A principal característica da mecânica quântica é a quantização (1) das energias que um elétron pode ter. Isto é, um elétron pode ter somente certas energias e não pode ter qualquer energia entre esses valores permitidos. Se um elétron variar a sua energia, ele deve dar um salto quântico para outro nível de energia permitido. O elétron pode saltar para um nível de energia mais alto pela absorção de energia radiante, ou para um nível de energia mais baixo pela emissão de energia radiante. (Veja animação na Figura 1.a). A freqüência da energia emitida ou absorvida é dada pela Eq. (1.1), chamada de equação de Einstein

(1.1)

em que h é a constante de Planck, é a energia após o salto e é a energia antes do salto. negativo significa que a energia é emitida.
2. Uma segunda característica da mecânica quântica, o princípio de exclusão de Pauli, estabelece que no máximo dois elétrons podem ocupar o mesmo nível de energia e eles devem ter spins (2) opostos. Então, para qualquer átomo maior do que o hélio (He), os elé­trons não podem estar todos no nível mais baixo de energia, mas apenas dois, e todos os outros devem ocupar níveis de energia mais elevados. Como será visto nos próximos Tópicos, é a quantização das energias dos elétrons - juntamente com o princípio da exclusão - a responsável pelas diferentes tendências de ligação entre os elementos.
3. O Princípio da Incerteza de Heisenberg é o terceiro aspecto da teoria da Mecânica Quântica, particularmente importante para podermos interpretar os resultados obtidos com o emprego da Mecânica Quântica; a validade do princípio da incerteza nos impede de descrever completamente o movimento dos elétrons. O princípio, inicialmente formulado por Heisenberg, estabelece que não se pode medir com precisão ilimitada todas as quantidades que descrevem o movimento de uma partícula. Para o caso da quantidade de movimento e a posição da partícula, a limitação é:

(1.2)

para cada uma das coordenadas cartesianas, onde é a incerteza na quantidade de movimento, é a incerteza na posição e h é a constante de Planck. Para o caso da energia e tempo, a limitação é:

(1.3)

Como a constante de Planck é muito pequena (), essas incertezas impõem limitações ao conhecimento simultâneo da velocidade e da posição de partículas subatômicas como os elétrons, sem que essas limitações afetem nossas observações de objetos muito maiores.

Figura 1.a - A seqüência de transição entre os diferentes níveis de energia de um átomo.
Referências:
(1) Quantum(Latim): quantia, quantidade. Quanta é o plural de quantum.
(2) Spin (em inglês "to spin", girar): número quântico spin() é o quarto número quântico (1-principal(n),2-azimutal(l),3-magnético() (Veja o próximo tópico, 1.2., Números Quânticos) e fornece informações sobre o momento angular do elétron.