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
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
. Isso significa que um átomo neutro de cobalto tem
elétrons. Para formar o íon
removem-se dois elétrons, então o íon terá
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:
— observe que é preenchido antes do 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
), colocar um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar elétrons.
Importante sobre cátions: embora o
seja preenchido antes do
no átomo neutro, ao formar cátions os elétrons são removidos primeiro do orbital
. Assim, para formar
removem-se elétrons do
antes do
.
Passo 4
Agora escrevemos a configuração eletrônica do átomo neutro de cobalto. Começando a partir do gás nobre anterior
(que tem 18 elétrons), restam
elétrons a distribuir depois de
. Segue-se a ordem prática: preencher
com
elétrons e depois
com os restantes
. Portanto a configuração do cobalto neutro é
Passo 5
Ao formar o íon
removem-se dois elétrons do
primeiro. Isso deixa
Verificação do número de elétrons:
fornece
elétrons mais
no
totalizam
elétrons, conforme calculado no Passo 2.
Passo 6
Agora contamos os elétrons desemparelhados em
. Aplicando a regra de Hund aos cinco orbitais
:
- Primeiro colocam-se
elétron em cada um dos orbitais ( elétrons, todos desemparelhados). - Restam
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
(em termos de números de elétrons por orbital) fica, por exemplo,
o que mostra claramente que há
orbitais com um elétron desemparelhado. Logo o número de elétrons desemparelhados é
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
elétrons desemparelhados.
Passo 7
Recapitulando de forma direta e prática (como para a prova): a configuração eletrônica de
no estado fundamental é
e o número de elétrons desemparelhados é
.