Paramagnetismo e diamagnetismo

RKA6GM - Nós vimos nos últimos vídeos que o número quântico do spin pode ser metade positivo ou metade negativo. No caso, quando este número quântico do spin é metade positivo, o spin do elétron está apontado para cima. E no caso, quando o spin é metade negativo, o spin deste elétron está apontado para baixo. Claro! É bom relembrar que este spin aqui está entre aspas, porque não podemos ver realmente um elétron girando em torno do seu próprio eixo. Apenas fazemos uma pequena associação para entender esse número quântico do spin, ok? Pensando nisso, então, vamos imaginar que um átomo tenha 2 elétrons com spin apontado para cima, ou seja, spin positivo. Então aqui tem 1 elétron e o outro elétron. Neste caso aqui, o spin dos 2 elétrons é metade positivo. Uma coisa interessante que é bom relembrar das aulas de Física é que os elétrons estão em movimento. E quando nós temos cargas elétricas em movimento, essa carga gera um campo magnético. Então, como estes elétrons aqui estão em movimento, eles vão gerar um campo magnético. Desta forma, podemos dizer que este elétron em movimento seria um pequeno ímã, como no caso cada um destes elétrons aqui vai gerar um campo magnético, e os 2 têm spin metade positivo, o campo magnético de cada um deles vai associar ao outro. Dessa forma, teremos um campo magnético total aqui, que é a soma do campo magnético de cada um desses 2 elétrons. Então, quando nós temos spins paralelos desta forma aqui, nós temos uma situação que chamamos de "paramagnéticos". Agora, se você tem uma outra situação, em que o spin de um elétron está apontado para cima, e o spin do outro elétron está apontado para baixo, cada um deles vai formar um campo magnético oposto. E dessa forma, os campos magnéticos de cada um deles vão se anular. Este caso é chamado de "diamagnético". Então vamos ver um pouco mais essa definição aqui de paramagnético e diamagnético para a gente entender um pouco melhor essa situação, ok? Então, algo é paramagnético quando 1 ou mais elétrons estão desemparelhados. Por exemplo, se eu tenho um elemento aqui com 2 elétrons, em que estes 2 elétrons estão desemparelhados desta forma, nós temos 1 paramagnético. Mas eu também posso ter apenas 1 elétron neste caso aqui. Este próprio elétron já está desemparelhado, certo? Ele mesmo vai gerar o seu próprio campo magnético. E neste caso aqui, o campo magnético gerado por cada um desses elétrons vão somar um com o outro formando um campo magnético ainda maior. Este material também é paramagnético quando ele é atraído por um campo magnético externo. Então, para gente compreender isto daqui, vamos analisar um pequeno experimento, para a gente saber se o material é paramagnético ou não. Então, uma forma da gente descobrir se uma amostra é paramagnética ou não, seria realizando um pequeno experimento de equilíbrio. Por exemplo, imagine que eu coloque esta amostra aqui de um lado, tudo bem? E, um pequeno peso para equilibrar aqui do outro lado. Aqui também eu vou colocar um ímã norte e sul, já que um imã sempre tem 2 polos. E aí, eu vou trabalhar com estes elementos aqui para saber se esta amostra é paramagnético ou não, ok? Inicialmente, a gente não coloca estes ímãs aqui. Deixa eles de fora. Então, a gente vai colocar aqui uma haste presa ao eixo de rotação. De um lado, a gente vai colocar nossa amostra para saber se ela é paramagnético ou não, e do outro lado vou colocar um peso para manter os 2 corpos em equilíbrio. Aí, sim, depois que eu coloquei estes 2 corpos em equilíbrio, posso voltar aqui e colocar o nosso imã. Ou 2 ímãs, com o lado norte apontado para cá, e o lado sul apontado para cá. Dessa forma, vou gerar um campo magnético aqui vindo do norte para o sul, ou seja, terei esse campo magnético externo aqui. Como a gente sabe, um paramagnético vai ser atraído por um campo magnético externo. Então, caso esta amostra aqui seja paramagnética, ela vai ser atraída por esse campo magnético externo vindo aqui para baixo, neste caso, fazendo com que esta haste aqui desça um pouquinho. E que este outro corpo aqui, neste caso, suba aqui junto com esta haste. Isso acontece porque este corpo aqui é um paramagnético, e neste caso, ele foi atraído por esse campo magnético externo, fazendo com que ele ganhe um certo peso. Na verdade, vai ser uma força externa, ou seja, uma força magnética puxando esse corpo aqui para baixo, fazendo com que esta situação de equilíbrio aqui seja desfeita e ele desça, e este outro corpo suba, aqui neste caso. Então com este pequeno experimento aqui de equilíbrio, nós conseguimos saber se um corpo, uma amostra vai ser paramagnética ou não. Então, agora que já vimos essa definição de paramagnético, vamos também ver a definição aqui de diamagnético. Um elemento diamagnético é quando todos os elétrons estão emparelhados, então, por exemplo, eu teria aqui 1 elétron com o spin apontado para cima, e o spin do outro elétron estaria apontado para baixo. Dessa forma, cada um deles vai gerar um campo magnético oposto, fazendo com que o campo magnético aqui, neste caso, seja anulado. E o interessante é que neste caso aqui, se eu realizar o experimento de equilíbrio, como eu fiz aqui com paramagnético, ele não vai ser atraído por este campo magnético externo. E aí, quando eu aproximar este material deste campo magnético externo, vai ser criado um pequeno campo magnético oposto, fazendo com que este elemento seja fracamente repelido, mas é algo muito imperceptível aqui neste caso, ok? Então, a definição que a gente precisa guardar mesmo é saber que o diamagnético vai ter os seus elétrons emparelhados aqui desta forma. Então, agora que a gente já sabe a definição de paramagnético e diamagnético, será que a gente consegue saber se um elemento é paramagnético ou diamagnético apenas observando a configuração eletrônica desse elemento? Bem, dá sim! Então, para gente fazer isso, vamos observar novamente a nossa versão resumida da tabela periódica. Então, o primeiro elemento que vamos observar para saber se ele é um para ou diamagnético vai ser o hélio. E a configuração eletrônica aqui do hélio, como você já viu anteriormente, vai ser igual a 1s¹, 1s², certo? Então teremos aqui 1s², ou seja, 2 elétrons ocupando orbital "s" no 1º nível de energia. A gente também pode observar esta configuração eletrônica usando aquela notação do orbital. Então teremos aqui o orbital 1s e nós teremos 2 elétrons emparelhados aqui desta forma, um com o spin para cima e o outro com o spin para baixo. Dessa forma, chegamos à conclusão que o hélio, o átomo de hélio aqui, neste caso, é um diamagnético, já que ele tem estes 2 elétrons aqui com os spins emparelhados. Então o hélio é um diamagnético. Vamos observar agora também a configuração eletrônica para o carbono. O carbono aqui, neste caso: 1s¹, 1s². Então temos aqui 1s². Vamos aqui para o 2º período: 2s¹, 2s², então temos 2s². E agora, os subníveis "p": então temos 2p¹, 2p². Aqui nós temos 2p². Então esta aqui seria configuração eletrônica para o carbono. Utilizando também aqui a notação do orbital, nós temos aqui o orbital 1s, 2s, e aqui em cima, os 3 orbitais 2p, certo? Então, quando a gente for colocar estes elétrons nestes orbitais, a gente tem que lembrar que nós temos 2 elétrons ocupando orbital "s" no 1º nível de energia. Então, estes elétrons, aqui, neste caso, não estão emparelhados. A mesma coisa, aqui, com o orbital "s" no 2º nível de energia. Agora, quando a gente chega aqui no orbital "p", a gente tem que lembrar da regra de Hund, lembra? E a gente não pode emparelhar estes elétrons aqui, a gente tem que preencher cada um deles de forma desemparelhada. Então a gente vai colocar aqui estes 2 elétrons desemparelhados. Então, o 1º aqui, e o 2º aqui. Então, a gente consegue observar que nós temos aqui para o átomo de carbono 2 elétrons desemparelhados. Isso faz com que o campo magnético gerado por cada um desses elétrons sejam somados um ao outro, certo? Observando isso aqui, a gente chega à conclusão que o carbono é paramagnético. Podemos fazer o mesmo agora com o sódio. Então, a primeira coisa a fazer é realizar a configuração eletrônica aqui para o sódio. E aí, neste caso aqui, nós temos um 1s¹, 1s². Vamos lá, colocamos aqui: 1s². Depois: 2s¹, 2s². 2s². E aqui vem toda esta parte deste bloco "p". Então teremos: 2p¹, 2p², 2p³, 2p⁴, 2p⁵ e 2p⁶. Temos aqui 2p⁶. E, finalmente, chegamos aqui, ao nosso 3º nível de energia. Então temos aqui ainda 3s¹. A gente pode fazer o mesmo aqui e colocar na notação do orbital. Então, vamos lá! Nós temos 1s, e temos aqui 2 elétrons emparelhados, depois aqui 2s, também 2 elétrons emparelhados, e aqui, os orbitais "p", teremos aqui 2p, e aí temos 6 elétrons aqui neste caso. Então 1, 2, 3, 4, 5, 6. E, finalmente, temos este elétron aqui no 3º nível de energia, no orbital "s". Colocamos aqui esse orbital 3s. Então teremos apenas 1 elétron aqui. Então, como temos aqui 1 elétron, e este elétron não está emparelhado, o sódio, neste caso, o átomo de sódio, também é paramagnético. Então, agora que já realizamos isso aqui com o sódio e vimos que ele é um paramagnético, será que um íon de sódio também vai ser paramagnético? Bem, vamos observar aqui e realizar o mesmo. Um átomo de sódio, normalmente, tem o mesmo número de prótons e o mesmo número de elétrons. E como vimos aqui, estes elétrons estão aqui posicionados nestes orbitais, de forma a fazer com que este sódio seja um paramagnético. Agora, o íon de sódio é um sódio que perdeu 1 elétron. E aí, neste caso aqui, ele perdeu este elétron aqui que está neste orbital "s", no 3º nível de energia. Então, como ele perdeu este orbital "s", ou seja, perdeu esse daqui também, todos os elétrons aqui deste íon de sódio estão emparelhados aqui desta forma. Então, neste caso, este íon de sódio não vai ser um paramagnético, e sim, um diamagnético. Então, esta daqui vai ser a configuração eletrônica para o íon de sódio, e aí, como ele perdeu este elétron, nós teremos apenas estes elétrons aqui, todos eles emparelhados nos seus níveis de energia, certo? Então, neste caso, o íon de sódio vai ser um diamagnético. Este vídeo aqui serviu para você perceber que observando apenas as configurações eletrônicas e conhecendo as definições de paramagnético e diamagnético, nós conseguimos determinar se este elemento é um paramagnético ou diamagnético.