Diagrama de Linus Pauling

O diagrama de Linus Pauling é uma ferramenta utilizada para realizar a distribuição de elétrons de um átomo em ordem crescente de energia. A base do Diagrama de Linus Pauling é o chamado Princípio da Construção (Aufbau). Segundo o Diagrama de Linus Pauling, além de respeitarem a energia de forma crescente, elétrons devem ocupar por completo um subnível antes de se localizarem em um novo subnível de maior energia.

Leia também: Distribuição eletrônica — o que é e como fazer

Resumo sobre o diagrama de Linus Pauling

• O diagrama de Linus Pauling é utilizado para realizar a distribuição dos elétrons em um átomo em termos de energia.
• A base para o diagrama é o Princípio da Construção (Aufbau).
• Além de respeitarem uma ordem energética, elétrons só devem ocupar um subnível posterior quando o subnível anterior estiver totalmente preenchido.
• O Diagrama de Linus Pauling dispensa o uso da matemática, sendo de fácil utilização.
• Uma das utilidades do diagrama é poder prever as camadas de valência, tão importantes para explicar fenômenos químicos.

O que é o diagrama de Linus Pauling?

O diagrama de Linus Pauling é uma ferramenta utilizada para desenvolver a distribuição dos elétrons ao longo da eletrosfera em ordem crescente de energia. Ele é, na verdade, uma consequência direta do chamado Princípio de Aufbau, uma palavra alemã que significa “construção”.

Segundo a União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac), o princípio de aufbau consiste em “uma regra para a construção da configuração eletrônica dos átomos e das moléculas”. O princípio em questão ainda estabelece que os subníveis (ou orbitais) de menor energia devem ser preenchidos pelos elétrons antes dos subníveis de maior energia.

Não só Pauling, mas outros cientistas ao longo da história também apresentaram formas de distribuição dos elétrons. Vale salientar que o nome “Diagrama de Linus Pauling” para o processo de distribuição eletrônica ficou muito preso ao Brasil, enquanto autores estrangeiros se referem ao processo como sendo “princípio da construção”.

Para que serve o Diagrama de Linus Pauling?

A proposta do diagrama de Linus Pauling é apresentar um procedimento para distribuição eletrônica que dispense cálculos matemáticos. Um dos cientistas que chegaram a desenvolver métodos para a distribuição dos elétrons foi o alemão Erwin Madelung.

A regra de Madelung, de natureza empírica, dizia que os subníveis deveriam ser preenchidos em ordem crescente de n + l, em que “n” é o número quântico principal do subnível e “l” é o número quântico azimutal (ou secundário) para o subnível. O diagrama de Linus Pauling, portanto, dispensa construções dessa forma, uma vez que já apresenta o caminho energético dos subníveis.

Vale também dizer que o diagrama não só apresenta a configuração eletrônica dos átomos e íons, mas serve para determinar pontos importantes, como a camada de valência, o subnível de maior energia, além de ser utilizado para localizar elementos na Tabela Periódica.

A determinação da camada de valência é, sem dúvida alguma, uma das consequências mais importantes, já que, por meio dela, podemos justificar diferenças de raio atômico, energia de ionização, afinidade eletrônica, eletronegatividade e a formação das ligações químicas.

Como fazer o diagrama de Linus Pauling?

O diagrama de Linus Pauling é iniciado a partir da divisão dos níveis de energia (K, L, M, N, O, P e Q) em seus respectivos subníveis de energia:

Contudo, os subníveis não seguem uma ordem direta de energia, pois sua energia total não depende apenas da distância dele em relação ao núcleo (que é dado pelos níveis de energia), mas também do tipo de orbital (s, p, d ou f) em que ele está localizado. A energia dos orbitais crescem na ordem s < p < d < f.

Assim, o diagrama de Linus Pauling apresenta a ordem crescente de energia dos subníveis, levando em conta os parâmetros citados. Tal ordem é demonstrada por meio da utilização de setas diagonais, as quais se iniciam no subnível 1s e terminam no subnível 7p.

Distribuição eletrônica de Linus Pauling

A partir da leitura do Diagrama de Linus Pauling, é possível obter a ordem de energia dos subníveis eletrônicos, a qual é, portanto:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

Assim, vê-se que o subnível 1s é o de menor energia, enquanto o subnível 7p é o de maior energia. Uma vez montada a ordem, percebe-se que o valor final da energia de um subnível não depende apenas da distância em relação ao núcleo. Por isso que se vê o subnível 4s com uma menor energia que o subnível 3d, por exemplo. Embora o subnível 4s pertença a um nível cuja distância em relação ao núcleo é menor, características do orbital s fazem com que ele tenha uma menor energia e, assim sendo, um elétron no subnível 4s terá energia mais baixa que no subnível 3d.

Antes de se fazer a distribuição eletrônica por meio do Diagrama de Linus Pauling, alguns aspectos devem ser lembrados:

• O número de elétrons de um átomo é numericamente igual ao seu número de prótons, uma vez que átomos são espécies eletricamente neutras.
• Cada subnível apresenta um número máximo de elétrons suportado: o subnível s pode receber até 2 elétrons; o subnível p, até 6 elétrons; o subnível d, até 10 elétrons; e o subnível f, até 14 elétrons.
• Um novo subnível só é preenchido quando o subnível anterior está totalmente preenchido.
• A camada mais externa a possuir elétrons (que possui o maior valor de “n”) é a chamada camada de valência.

Com a ordem de energia montada e tais aspectos estabelecidos, podemos observar a distribuição eletrônica de alguns átomos.

1. Carbono, ₆C – 1s² 2s² 2p²

Para o carbono, são utilizadas duas camadas (n = 1 e n = 2). Dessa forma, a camada de valência é a n = 2, cuja configuração é 2s² 2p², com quatro elétrons ao todo.

2. Enxofre, ₁₆S – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

Para o enxofre, são utilizadas três camadas (n = 1, n = 2 e n = 3). Dessa forma, a camada de valência é a n = 3, cuja configuração é 3s² 3p⁴, com seis elétrons ao todo.

3. Titânio, ₂₂Ti – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d²

Para o titânio, são utilizadas quatro camadas (n = 1, n = 2, n = 3 e n = 4). Dessa forma, a camada de valência é a n = 4, cuja configuração é 4s², com dois elétrons ao todo. Repare que esse é um caso em que a camada de valência não possui o subnível de maior energia, pois a energia do subnível 4s é menor que do subnível 3d.

Para a distribuição eletrônica de íons, deve-se lembrar que os elétrons são retirados ou adicionados sempre na camada de valência. Quando a camada de valência é composta por diversos subníveis, a remoção ou adição de elétrons se dará no subnível de maior energia desta. Por isso, no caso do íon sulfeto (S²⁻), os elétrons são adicionados à terceira camada do átomo neutro.

₁₆S – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

₁₆S²⁻ – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Como o subnível 3s tem menor energia, os dois elétrons adicionais foram inseridos no subnível 3p.

No caso do cátion Ti²⁺, os elétrons são retirados da quarta camada. Porém, a quarta camada do titânio possui exatamente dois elétrons (4s²). Dessa forma, na formação do cátion, essa camada é zerada e, consequentemente, deixa de existir. Com isso, a terceira camada passa a ser a camada de valência do Ti²⁺.

₂₂Ti – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d²

₂₂Ti²⁺ – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d²

Por isso, caso seja formado o cátion Ti⁴⁺, que possui dois elétrons a menos que o Ti²⁺, os dois elétrons serão subsequentemente retirados do subnível 3d, que é o que possui maior energia dentro da camada de valência do cátion Ti²⁺.

₂₂Ti²⁺ – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d²

₂₂Ti⁴⁺ – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Por vezes, a configuração eletrônica pode ser abreviada por meio da utilização dos gases nobres. Mais especificamente, pode-se omitir parte da configuração eletrônica por meio da configuração eletrônica do gás nobre anterior ao elemento na Tabela Periódica.

Por exemplo, a configuração eletrônica do cálcio, Ca (Z = 20), é:

₂₀Ca – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

Contudo, o gás nobre argônio (Ar, Z = 18), possui a seguinte configuração eletrônica:

₁₈Ar – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Assim, pode-se escrever a configuração eletrônica do cálcio como sendo, simplesmente:

₂₀Ca – [₁₈Ar] 4s²

Limitações do diagrama de Linus Pauling

Apesar de ser uma ferramenta muito importante, nem sempre o que é previsto pelo diagrama de Linus Pauling é observado experimentalmente. Por exemplo, pelo diagrama de Linus Pauling, a configuração eletrônica do metal cromo (₂₄Cr) deveria ser [Ar] 4s² 3d⁴. Porém, experimentalmente, observa-se que é [Ar] 4s¹ 3d⁵.

Essa anomalia não é prevista pelo diagrama, porém ela ocorre como uma forma de minimizar repulsões elétron-elétron que ocorrem no cromo. O mesmo ocorre para o cobre (₂₉Cu), cuja configuração eletrônica prevista seria [Ar] 4s² 3d⁹, porém o que se observa experimentalmente é a configuração [Ar] 4s¹ 3d¹⁰, a qual garante maior estabilidade eletrônica para o átomo de cobre.

A tabela a seguir traz algumas configurações eletrônicas anômalas, as quais não são previstas pelo diagrama de Linus Pauling.

Devemos entender que, conforme ocorre o aumento da carga nuclear, um conjunto de interações complexas que ocorrem entre os elétrons e os núcleos, ou entre os próprios elétrons, pode existir. Tudo isso acaba impactando na configuração eletrônica final dos átomos e, assim, não existem regras qualitativas simples que possam prever a configuração eletrônica em certas ocasiões.

Leia também: Distribuição eletrônica de íons

Exercícios resolvidos sobre distribuição eletrônica

Questão 1. (UERJ/2026)

O que são “terras raras”?

“Terras raras” são um conjunto de elementos químicos essenciais na fabricação de compostos usados em tecnologias de energia limpa. A possibilidade de exploração desses elementos na área de um vulcão extinto há 120 milhões de anos no sul de Minas Gerais tem potencial para colocar o Brasil na posição de protagonista da transição energética.

Adaptado de g1.globo.com, 21/06/2025.

Dentre os elementos “terras raras”, encontra-se o neodímio, de número atômico igual a 60.

O subnível mais energético dos átomos desse elemento corresponde a:

1. 4f
2. 5f
3. 6s
4. 7s

Resposta: Letra A.

O neodímio, Nd, com número atômico igual a 60, possui 60 elétrons também. Sua configuração eletrônica, segundo o Diagrama de Linus Pauling, é:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f⁴

Assim, o subnível de maior energia para esse elemento é o 4f.

Questão 2. (UEMG/2025) Observe os elementos químicos: oxigênio (Z = 8), sódio (Z = 11), cloro (Z = 17). As configurações eletrônicas desses elementos podem ser utilizadas para determinar o número de elétrons de valência, que são responsáveis pelas propriedades químicas dos átomos.

Com base nessas informações, marque a alternativa correta.

1. O oxigênio possui 8 elétrons de valência, pois sua configuração eletrônica completa 1s² 2s² 2p⁴
2. O sódio possui 2 elétrons de valência, localizado na subcamada 3s, de acordo com sua configuração eletrônica 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
3. O cloro possui 7 elétrons de valência, sendo 5 na subcamada 3p e 2 na subcamada 3s, com a configuração 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
4. Tanto o sódio quanto o cloro possuem a mesma quantidade de elétrons de valência, pois ambos pertencem ao terceiro período da tabela periódica.

Resposta: Letra C.

As distribuições eletrônicas de oxigênio, sódio e cloro, são:

O: 1s² 2s² 2p⁴

Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Cl: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Assim, percebe-se que o oxigênio possui 6 elétrons de valência, o sódio possui apenas 1 elétron de valência e o cloro possui 7, e 2 estão no subnível 3s e mais 5 no subnível 3p.

Fontes

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

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>. Acesso em 26 jun. 2026.

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.