Diagrama de Linus Pauling

O diagrama de Linus Pauling é uma ferramenta muito utilizada para se fazer a distribuição eletrônica dos átomos. O diagrama de Linus Pauling dispensa cálculos matemáticos e apresenta os subníveis do átomo em uma ordem crescente de energia. Recebe esse nome em homenagem ao cientista Linus Pauling, que publicou o diagrama pela primeira vez no ano de 1939.

O diagrama de Linus Pauling foi modificado e estudado por diversos cientistas, sendo aprimorado ou apresentado de outras formas. Esse diagrama é muito útil, pois permite a visualização dos elétrons em um átomo, em termos de níveis de energia. Vale lembrar que diversas propriedades químicas estão relacionadas, justamente, à configuração eletrônica.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre diagrama de Linus Pauling
• 2 - O que é o diagrama de Linus Pauling?
• 3 - Para que serve o diagrama de Linus Pauling?
• 4 - Como fazer o diagrama de Linus Pauling
• 5 - Ordem do diagrama de Linus Pauling
• 6 - Distribuição eletrônica de Linus Pauling
• 7 - Exercícios resolvidos sobre diagrama de Linus Pauling

Resumo sobre diagrama de Linus Pauling

• O diagrama de Linus Pauling é uma ferramenta para a distribuição dos elétrons no átomo.
• Foi inicialmente publicado por Linus Pauling em 1939.
• Esse diagrama dispensa o uso de matemática, além de apresentar os subníveis atômicos em ordem de energia.
• O diagrama de Pauling organiza os subníveis em ordem de energia crescente.
• A ordem de energia dos orbitais atômicos no diagrama de Linus Pauling é a seguinte: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7p⁶.
• O diagrama permite a visualização dos elétrons em um átomo, em termos de níveis de energia, o que é útil para justificar as propriedades químicas de dado elemento.
• O diagrama de Linus Pauling já passou por diversas mudanças e adaptações, feitas por diferentes cientistas.

O que é o diagrama de Linus Pauling?

O diagrama de Linus Pauling é uma ferramenta comumente utilizada para fazer a distribuição de elétrons nos níveis de energia da eletrosfera de um átomo, dispensando-se cálculos matemáticos. Ele foi inicialmente proposto em 1939 pelo cientista, em seu livro intitulado The Nature of the Chemical Bond, sendo debatido em diversos artigos publicados por Pauling na revista Journal of Chemical Education.

Embora no Brasil seja comum a utilização do nome “diagrama de Pauling”, autores estrangeiros preferem utilizar o nome “princípio da construção” para tal método, em consideração ao princípio de aufbau, palavra alemã que significa “construção”. Isso porque, após os trabalhos de Pauling, diversos cientistas apresentaram formas de distribuição e hierarquização da energia dos elétrons em átomos, com metodologias distintas, das quais se destaca, por exemplo, a regra de Madelung (em referência ao físico alemão Erwin Madelung).

Para que serve o diagrama de Linus Pauling?

O diagrama de Pauling serve para apresentar a distribuição dos elétrons nas camadas eletrônicas (orbitais) do átomo, levando-se em conta parâmetros de energia. Os elétrons não são distribuídos de forma aleatória no átomo, mas sim respeitando uma hierarquização energética, uma vez que os elétrons ocupam os orbitais atômicos disponíveis de modo a tornar a energia total do átomo a menor possível.

Vale lembrar que as propriedades químicas do átomo são consequência direta da sua estrutura eletrônica. A utilização do diagrama de Pauling permite conhecer parâmetros importantes, como a camada de valência e entender efeitos importantes da estrutura da matéria, como o raio atômico, a energia de ionização, a afinidade eletrônica, a eletronegatividade e a formação de substâncias por meio das ligações químicas, por exemplo.

Veja também: Como ocorrem as ligações químicas?

Como fazer o diagrama de Linus Pauling

O diagrama de Linus Pauling pode ser feito a partir dos subníveis (s, p, d e f). Observando-se o número máximo de elétrons por níveis, temos a seguinte tabela:

A ordem de energia é demonstrada a partir de setas diagonais, as quais se iniciam no subnível 1s² (de menor energia) e vão até o subnível 7p⁶ (de maior energia).

Ordem do diagrama de Linus Pauling

O diagrama de Pauling demonstra, por meio das setas diagonais, a ordem de energia dos orbitais atômicos, partindo daquele que possui menor energia (1s²) até aquele que possui maior energia (7p⁶).

A partir da leitura do diagrama de Linus Pauling, podemos demonstrar a ordem de energia proposta para a distribuição dos elétrons em um átomo:

Perceba que, a partir do subnível 3p, começam a ocorrer algumas sobreposições, em que subníveis de níveis mais externos começam a ter menor energia (como é o caso do subnível 4s e 3d, ou 6s frente ao 4f). Isso é consequência de estudos mais aprofundados, que demonstram que os orbitais do tipo s são mais penetrantes que os demais orbitais (permitem que o elétron esteja mais próximo do núcleo). Por isso, por mais que o orbital 3d pertença a um nível eletrônico menor, elétrons presentes no subnível 4s podem estar mais próximos do núcleo, o que é mais favorável.

Distribuição eletrônica de Linus Pauling

A correta distribuição eletrônica de um átomo em seu estado fundamental necessita apenas da observância da ordem trazida pelo diagrama de Linus Pauling. Também é preciso destacar que um subnível só pode apresentar elétrons se o subnível anterior já tiver atingido o máximo de elétrons permitidos.

Por exemplo, vejamos o átomo de oxigênio, cujo número atômico é 8 e, portanto, apresenta também 8 elétrons em seu estado fundamental:

₈O → 1s² 2s² 2p⁴

Quando pegamos o caso do potássio (K, Z = 19), vemos que o 19º elétron se aloca no subnível 4s e não no subnível 3d, por razões já explicitadas aqui anteriormente:

₁₉K → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

De forma cômoda, é possível abreviar a distribuição eletrônica por meio da utilização dos gases nobres. Vejamos o caso do bário, Ba, que no estado fundamental apresenta 56 elétrons:

₅₆Ba → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s²

Contudo, o xenônio (Z = 54), gás nobre do quinto período, apresenta uma distribuição eletrônica que termina no 5p⁶. Dessa forma, pode-se escrever a distribuição eletrônica do bário da seguinte forma:

₅₆Ba → [Xe] 6s²

O diagrama de Pauling também ajuda na elaboração da distribuição eletrônica dos íons. Sabemos que os elétrons podem ser inseridos ou retirados da camada de valência do átomo, que é a camada mais externa. Por exemplo, o potássio apresenta, como camada de valência, a camada de número 4, onde está o subnível 4s. Dessa forma, o cátion K⁺, que é obtido a partir da retirada de um elétron do átomo de potássio, apresenta a seguinte distribuição eletrônica: ₁₉K⁺ → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ , uma vez que a retirada do único elétron do subnível 4s o fez sumir.

Da mesma forma, a adição de dois elétrons no oxigênio, para formação do O²⁻, vai ocorrer na sua camada de número 2, pois esta é a mais externa:

₈O²⁻ → 1s² 2s² 2p⁶

O Fe²⁺ é um caso interessante e carece de atenção. O ferro, no estado fundamental, apresenta 26 elétrons e, portanto, apresenta a seguinte distribuição eletrônica:

₂₆Fe → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

Apesar do subnível 4s ter menor energia que o subnível 3d, entende-se que ele pertence a uma camada mais externa e, por isso, pertence à camada de valência. Assim, o Fe²⁺ apresenta a seguinte distribuição eletrônica: ₂₆Fe²⁺ → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶, onde o subnível 4s deixa de existir, uma vez que dois elétrons foram perdidos.

O diagrama de Pauling, contudo, apresenta algumas limitações. É o caso, por exemplo, dos metais cromo (₂₄Cr) e cobre (₂₉Cu). Era esperado para o cromo a distribuição eletrônica [Ar] 4s² 3d⁴, contudo, os experimentos comprovam que sua distribuição é, na verdade, [Ar] 4s¹ 3d⁵. Uma explicação está na maior estabilidade de se possuir subníveis preenchidos pela metade, o que ameniza efeitos de repulsão eletrônica.

O cobre, outro caso citado, era esperado apresentar a seguinte distribuição eletrônica [Ar] 4s² 3d⁹, mas, na verdade, apresenta a distribuição eletrônica [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. A explicação também passa por aquisição de maior estabilidade.

Elementos de transição interna também apresentam distribuições eletrônicas não previstas pelo diagrama de Pauling. É o caso, por exemplo, do lantânio (₅₇La), cuja distribuição esperada deveria ser [Xe] 6s² 4f¹, mas é, na verdade, [Xe] 6s² 5d¹. O cério (58Ce), também é mais um exemplo de distribuição eletrônica distinta da prevista pelo diagrama de Pauling. Experimentalmente, percebe-se que a distribuição eletrônica do cério é [Xe] 6s² 4f¹ 5d¹, quando a prevista pelo diagrama seria [Xe] 6s² 4f².

Saiba mais: Como é a estrutura de um átomo?

Exercícios resolvidos sobre diagrama de Linus Pauling

Questão 1. (UNIOESTE 1ª Etapa – Tarde/2025) O titânio (Ti) é um elemento com características metálicas muito utilizado em ligas dada a sua resistência e peso. Referente a esse elemento, é correto afirmar que sua configuração eletrônica é:

a) 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s² e 3d².

b) 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶ e 3d⁴.

c) 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 3f² e 4s².

d) 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶ e 3f⁴.

e) 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 3d² e 3g².

Resposta: Letra A.

O titânio, Ti, possui número atômico 22, o que significa que possui 22 elétrons em seu estado fundamental. Sua distribuição eletrônica, portanto, mediante o diagrama de Linus Pauling é:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d²

Questão 2. (UFPR 1ª Fase/2025) Observações realizadas durante eclipses solares permitiram a constatação de uma emissão característica de cor verde na coroa solar. No século XIX, esse resultado levou a comunidade científica a acreditar na existência de um novo elemento químico, o qual foi denominado coronium, por causa da origem de sua descoberta. Apenas no início do século XX, evidências mostraram que esse elemento não existe, e a emissão verde, na realidade, deve-se à presença do íon de ferro altamente ionizado Fe¹³⁺ (Fe, Z = 26).

Considerando os valores de Z para Ne = 10, Ar = 18 e Kr = 36, a distribuição eletrônica de mais baixa energia desse íon altamente ionizado é:

a) [Ne] 3s² 3p¹.

b) [Ne] 3s² 3p⁶ 3d⁵.

c) [Ar] 3d⁶ 4s².

d) [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p¹.

e) [Kr] 5s² 4d¹.

Resposta: Letra A.

O Fe¹³⁺ apresenta 13 elétrons, uma vez que a carga +13 indica que houve perda de 13 elétrons em relação ao ferro fundamental, que possui 26 elétrons. A distribuição eletrônica é, portanto: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹, a qual pode ser simplificada como [Ne] 3s² 3p¹.

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de Química: Questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

BIANCO, A. A. G.; MELONI, R. A. O Conhecimento Escolar: Um Estudo do Tema Diagrama de Linus Pauling em Livros Didáticos de Química – 1960/1970. Química Nova na Escola. v. 41, n. 2, p. 148-155, mai. 2019.

DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. C.; CANTO, L. C. Química – na abordagem do cotidiano. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.

SCERRI, E. The trouble with the aufbau principle. RSC – Education in Chemistry. 6 nov. 2013. Disponível em: https://edu.rsc.org/feature/the-trouble-with-the-aufbau-principle/2000133.article