2A. 20 Dé a configuração eletrônica do estado fundamental e o número de elétrons desemparelhados de cada um dos seguintes ions:
(\mathrm{Co}^{2+});

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o íon \mathrm{Co}^{2+} no estado fundamental:
  • a configuração eletrônica do estado fundamental;
  • o número de elétrons desemparelhados nesse estado.
As informações que iremos usar (já dadas implicitamente pelo enunciado / tabela periódica) serão explicitadas nos passos seguintes.

Passo 2

Primeiro dado importante: o número atômico do cobalto é \;Z=27. Isso significa que um átomo neutro de cobalto tem \;27 elétrons. Para formar o íon \mathrm{Co}^{2+} removem-se dois elétrons, então o íon terá
27-2=25
elétrons totais.

Passo 3

Relembrando regras fundamentais (muito usadas em provas):
  • Princípio de Aufbau: ao preencher orbitais do átomo neutro, enchem-se níveis de energia mais baixos primeiro (ordem prática: 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,\ldots — observe que 4s é preenchido antes do 3d no átomo neutro).
  • Princípio de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos.
  • Regra de Hund: em orbitais degenerados (como os cinco orbitais d), colocar um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar elétrons.
Importante sobre cátions: embora o 4s seja preenchido antes do 3d no átomo neutro, ao formar cátions os elétrons são removidos primeiro do orbital 4s. Assim, para formar \mathrm{Co}^{2+} removem-se elétrons do 4s antes do 3d.

Passo 4

Agora escrevemos a configuração eletrônica do átomo neutro de cobalto. Começando a partir do gás nobre anterior \mathrm{Ar} (que tem 18 elétrons), restam
27-18=9
elétrons a distribuir depois de [Ar]. Segue-se a ordem prática: preencher 4s com 2 elétrons e depois 3d com os restantes 7. Portanto a configuração do cobalto neutro é
\mathrm{Co}:\\ [Ar]\;4s^{2}\;3d^{7}.

Passo 5

Ao formar o íon \mathrm{Co}^{2+} removem-se dois elétrons do 4s primeiro. Isso deixa
\mathrm{Co}^{2+}:\\ [Ar]\;3d^{7}.
Verificação do número de elétrons: [Ar] fornece 18 elétrons mais 7 no 3d totalizam 25 elétrons, conforme calculado no Passo 2.

Passo 6

Agora contamos os elétrons desemparelhados em [Ar]\;3d^{7}. Aplicando a regra de Hund aos cinco orbitais d:
  • Primeiro colocam-se 1 elétron em cada um dos 5 orbitais ( 5 elétrons, todos desemparelhados).
  • Restam 7-5=2 elétrons a inserir; esses dois ocuparão como segundos elétrons em dois dos cinco orbitais, formando pares em duas orbitais.
Assim a ocupação dos cinco orbitais d (em termos de números de elétrons por orbital) fica, por exemplo,
(2,\;2,\;1,\;1,\;1),
o que mostra claramente que há 3 orbitais com um elétron desemparelhado. Logo o número de elétrons desemparelhados é
3.
Observação didática rápida: em complexos de coordenação com campo cristalino forte (caso de ligações muito fortes), o emparelhamento pode mudar (estado “low-spin”) e o número de desemparelhados poderia ser diferente; porém, para o íon isolado no estado fundamental (como pedido), usamos a configuração atômica livre e obtemos 3 elétrons desemparelhados.

Passo 7

Recapitulando de forma direta e prática (como para a prova): a configuração eletrônica de \mathrm{Co}^{2+} no estado fundamental é [Ar]\;3d^{7} e o número de elétrons desemparelhados é 3.

Resposta

\mathrm{Co}^{2+}:\\ [Ar]\;3d^{7} — elétrons desemparelhados: 3

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