Algumas Considerações sobre a Regra de Hund e a Estrutura Eletrônica de Átomos no Ensino de Química

Abstract

-58059-900 -João Pessoa -PB Recebido em 27/2/96; aceito em 23/9/96 SOME CONSIDERATIONS ON THE HUND'S RULE AND ELECTRONIC STRUCTURE OF ATOMS IN THE TEACHING OF CHEMISTRY. Hund's maximum multiplicity rule as stated in most elementary and intermediate level textbooks on general and inorganic chemistry and usually taught at the college and undergraduate level is incorrect. It is true that electrons entering a subshell of an atom tend to occupy the orbitals singly as far as possible but not necessarily with parallel spins. Also, proper definitions and correct use of terms like configuration, microstate, spectroscopic term, level and state are essential if confusion on the part of the student, especially the beginner, is to be avoided. Keywords: eletronic configuration of atoms; microstate; vector model of the atom; spectros-copic term. EDUCAÇÃO INTRODUÇÃO As propriedades físicas e químicas dos elementos dependem da natureza dos seus átomos -a carga nuclear (Z), a massa atômica (A) e a distribuição dos Z elétrons ao redor do núcleo. A estrutura eletrônica de átomos fornece a base para a estequio-metria, para as propriedades periódicas e para a ligação quími-ca. Estrutura Atômica, portanto, forma uma parte importante nos currículos de cursos de química em todos os níveis. Infelizmente, ensinar Estrutura Atômica, especialmente para estudantes iniciantes, não é tarefa fácil. Os problemas envolvi-dos são bem mais sérios do que geralmente é reconhecido. Na comunidade do ensino ainda não há consenso a respeito de quando e em que nível o assunto deveria ser abordado aos estudantes do colegial e iniciantes da graduação. Seguindo o tratamento adotado na maioria dos livros tex-tos 1-8 , a configuração eletrônica de átomos é apresentada co-meçando pela introdução: (i) dos quatro números quânticos -principal (n), azimutal (l), magnético orbital (m 1) e de spin (m s); (ii) do diagrama de energias relativas de orbitais atômi-cos; (iii) do método de 'Aufbau'; (iv) do princípio de Pauli; e (v) da regra de Hund. Os ítens (i) e (ii) resultam da aplicação dos princípios da mecânica ondulatória ao movimento do elé-tron no átomo. O princípio de Pauli e a regra de Hund são resultados das observações de espectros atômicos. O primeiro é incluído na mecânica quântica mediante um postulado funda-mental 9 , enquanto o último pode ser estabelecido na lingua-gem do modelo vetorial do átomo. O correto entendimento de estrutura atômica de átomos re-quer uma forte fundamentação nos princípios e métodos de mecânica quântica e espectroscopia atômica. Reconhecidamen-te, esta condição não pode ser satisfeita para os estudantes do colegial e iniciantes dos cursos de graduação. Qualquer pessoa que tenha experiência em lidar com estudantes nos diferentes níveis concordará que é sempre mais difícil ensinar e escrever acerca de um assunto complexo num nível elementar do que num nível avançado. As simplificações frequentemente inevitá-veis resultam na introdução de informações errôneas e conside-rações equivocadas. É verdade que há diversos e excelentes li-vros textos que tratam de estrutura e espectro atômico para o uso nos cursos avançados e intermediários 10-14 . Estudantes nes-tes níveis geralmente têm conhecimentos de mecânica quântica e espectroscopia. Porém, até mesmo aqui, existem uns poucos problemas. Parodiando Pilar 15 : " Qualquer um que tenha tentado ensinar a rigorosa base da mecânica quântica da aproximação do orbital molecular para estudantes de química concluintes de curso de graduação ou iniciantes de pós-graduação, sabe que tem muito o que desaprender. Termos tais como orbital, energia de orbital, nível de energia e função de ondas, ou têm sido empregados erroneamente ou de maneira um tanto vaga " nos primeiros cursos. Na realidade, o (equívoco) conceito de orbitais tem sido apresentado a eles no início do segundo grau, mais tarde, quando se falava que orbitais não existiam, eles pensa-vam que o professor estava brincando! Também, para eles, é quase um choque ficar sabendo que o orbital p 1 não é o mesmo de p x (ou p y) e que o p -1 não é o mesmo de p y (ou p x). Uma situação similar acontece com as séries de orbitais d e f. Um outro problema consiste nas várias contradições (não só aparente, mas também real) que encontram-se na litera-tura, incluindo livros textos especializados e artigos. Al-guns exemplos: