Elétrons: função e comportamento no átomo

Introdução

Os elétrons são partículas subatômicas fundamentais para a estrutura e funcionamento da matéria. Com carga elétrica negativa, eles orbitam o núcleo dos átomos e são responsáveis por fenômenos elétricos, ligações químicas e até pelas propriedades dos elementos na Tabela Periódica. Entender o comportamento dos elétrons é essencial para compreender temas como eletricidade, reações químicas e condução de energia — todos recorrentes nas provas do Enem.

A Descoberta do Elétron

A descoberta do elétron ocorreu em 1897, com o físico britânico J. J. Thomson. Ao realizar experimentos com tubos de raios catódicos, Thomson observou a existência de partículas menores que o átomo, com carga elétrica negativa. Essa descoberta derrubou a antiga ideia de que o átomo era indivisível, como propunha Dalton, e inaugurou uma nova era na estrutura do átomo.
O modelo atômico de Thomson ficou conhecido como o “pudim de passas”, no qual os elétrons estariam distribuídos uniformemente em uma esfera positiva. Embora superado por modelos posteriores, esse estudo foi essencial para o avanço da física moderna.

Modelo Atômico Mecânico-Ondulatório

Com o passar do tempo, novos modelos foram surgindo até chegar ao modelo atômico mecânico-ondulatório, desenvolvido com base na mecânica quântica. Nele, os elétrons não são vistos como partículas que giram em órbitas fixas (como no modelo de Bohr), mas como entidades que apresentam comportamento duplo: corpuscular e ondulatório.
Isso significa que o elétron pode se comportar tanto como partícula quanto como onda, dependendo da situação. Essa visão foi consolidada com os estudos de Louis de Broglie e Erwin Schrödinger, que desenvolveram as equações que descrevem a distribuição dos elétrons em orbitais de probabilidade — regiões onde é mais provável encontrar um elétron.

Números Quânticos

Para descrever a posição e o comportamento dos elétrons dentro dos átomos, foram definidos os números quânticos, que representam propriedades específicas de cada elétron.

1. Número quântico principal (n): indica o nível de energia do elétron, ou sua distância média do núcleo. 
2. Número quântico secundário (l): indica o tipo de subnível (s, p, d, f). 
3. Número quântico magnético (m): representa a orientação do orbital no espaço. 
4. Número quântico de spin (s): indica o sentido de rotação do elétron em torno de si mesmo, podendo ser +½ ou -½. 

Esses quatro parâmetros são fundamentais para a classificação dos elétrons em um átomo e ajudam a entender como os elementos se organizam na Tabela Periódica.

Distribuição Eletrônica em Orbitais

A distribuição eletrônica descreve como os elétrons estão distribuídos nos diferentes níveis e subníveis de energia. Essa distribuição segue regras específicas, como o Princípio de Aufbau, que determina que os elétrons ocupam primeiro os níveis de menor energia, e o Princípio de Pauli, que afirma que dois elétrons em um mesmo orbital devem ter spins opostos.

Por exemplo, o átomo de oxigênio (número atômico 8) tem sua distribuição eletrônica representada como:
 1s² 2s² 2p⁴.

Essa configuração indica dois elétrons no primeiro nível (1s), dois no segundo (2s) e quatro no subnível 2p, totalizando oito elétrons — o que corresponde ao número de prótons no núcleo, tornando o átomo neutro.

Íons

Os íons são átomos que ganham ou perdem elétrons, adquirindo assim uma carga elétrica. Quando um átomo perde elétrons, forma um cátion (com carga positiva). Já quando ganha elétrons, forma um ânion (com carga negativa).

Por exemplo:

• O sódio (Na), ao perder um elétron, torna-se Na⁺. 
• O cloro (Cl), ao ganhar um elétron, torna-se Cl⁻. 

Essa transferência de elétrons é o que possibilita a formação de compostos iônicos, como o cloreto de sódio (NaCl) — o sal de cozinha. A função dos elétrons, portanto, é essencial para a ligação química e para a estabilidade dos elementos na natureza.

Exercícios

1. (Enem - 2020)
Os elétrons de um átomo se distribuem em níveis e subníveis de energia de acordo com regras específicas. Qual das alternativas representa corretamente a distribuição eletrônica do elemento oxigênio (Z = 8)?

a) 1s² 2s² 2p⁴
 b) 1s² 2s² 3s⁴
 c) 1s² 2s⁴ 3p²
 d) 1s² 2p⁶

Resposta comentada:
Alternativa a. O oxigênio possui 8 elétrons, distribuídos da seguinte forma: dois no nível 1s, dois no 2s e quatro no 2p, resultando na configuração 1s² 2s² 2p⁴.

2. (Enem 2023)
Um átomo neutro possui 11 elétrons. Ao perder um elétron, forma um cátion. O átomo e o íon formados são, respectivamente:

a) Ne e Ne⁺
 b) Na e Na⁺
 c) Cl e Cl⁺
 d) Mg e Mg²⁺

Resposta comentada:
Alternativa b. O átomo de sódio (Na) possui 11 elétrons. Quando perde um elétron, forma o íon Na⁺, com carga positiva, pois passa a ter um próton a mais que elétrons.