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 que o enunciado pede e quais dados temos:
  • Pedido: dar a configuração eletrônica do estado fundamental e o número de elétrons desemparelhados do íon \mathrm{Co}^{2+}.
  • Informação implícita que precisamos usar: o número atômico do cobalto ( \mathrm{Co}) é Z=27.
    Nada mais foi fornecido; vamos usar o modelo padrão de preenchimento de orbitais para átomos/íons isolados em seu estado fundamental.

Passo 2

Noções básicas que vou usar (explicadas de forma bem didática):
  • Átomos têm elétrons que ocupam níveis de energia chamados orbitais; cada orbital suporta no máximo dois elétrons (Princípio de Pauli).
  • Preenchimento segue o princípio de Aufbau: ocupam-se primeiro orbitais de menor energia. A ordem prática útil é: 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,\dots — observe que o orbital 4s é preenchido antes do 3d quando o átomo neutro é montado.
  • Regra de Hund: ao ocupar orbitais degenerados (por exemplo, os cinco orbitais d), coloca-se primeiro um elétron em cada orbital com spin paralelos (elétrons desemparelhados) antes de começar a emparelhar.
  • Ao formar cátions (perder elétrons), os elétrons de mais alta energia relativa são removidos primeiro. Para metais de transição, apesar de 4s preencher antes de 3d, os elétrons do 4s são removidos antes dos do 3d quando o átomo é ionizado.
Vou aplicar essas regras passo a passo.

Passo 3

Determinar a configuração eletrônica do átomo neutro \mathrm{Co} ( Z=27):
  • Primeiro, o gás nobre anterior é o argônio, que tem a configuração eletrônica [Ar] e corresponde a 18 elétrons.
  • Restam 27-18=9 elétrons para distribuir nos orbitais mais externos.
  • Seguindo a ordem de preenchimento: os dois elétrons vão para 4s e os sete restantes para 3d. Portanto a configuração do cobalto neutro em seu estado fundamental é
\mathrm{Co}: [Ar]\,4s^{2}\,3d^{7}.

Passo 4

Formação do íon \mathrm{Co}^{2+} (remoção de 2 elétrons):
  • Regra prática: ao ionizar um átomo do bloco d, removem-se primeiro os elétrons do orbital 4s e só depois do 3d.
  • Assim, tiramos os dois elétrons do 4s^{2}. O núcleo remanescente tem a configuração
\mathrm{Co}^{2+}: [Ar]\,3d^{7}.
Essa é a configuração eletrônica do estado fundamental do íon isolado \mathrm{Co}^{2+}.

Passo 5

Contar os elétrons desemparelhados em [Ar]\,3d^{7} usando a regra de Hund:
  • Existem cinco orbitais d disponíveis. Para maximizar o número de spins paralelos, colocamos primeiro um elétron em cada orbital até ter 5 elétrons desemparelhados.
  • Depois dos 5, sobram 7-5=2 elétrons que devem entrar emparelhando dois dos orbitais já ocupados.
  • Uma distribuição que respeita Hund para d^{7} é, em termos de ocupação dos cinco orbitais d:
    dois orbitais com \uparrow\downarrow (pares) e três orbitais com \uparrow (simples).
  • Logo o número de elétrons desemparelhados é o número de orbitais com um único elétron: 3.
    Observação: esta contagem é para o íon isolado em seu estado fundamental (alto-spin típico). Em complexos de coordenação fortes pode ocorrer emparelhamento adicional (estado baixo-spin), mas isso depende do ambiente químico; para a questão aqui assumimos o íon isolado.

Resposta

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

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