2A. 20 Dé a configuração eletrônica do estado fundamental e o número de elétrons desemparelhados de cada um dos seguintes ions:
;
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
. - Informação implícita que precisamos usar: o número atômico do cobalto (
) é .
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:
— observe que o orbital é preenchido antes do quando o átomo neutro é montado. - Regra de Hund: ao ocupar orbitais degenerados (por exemplo, os cinco orbitais
), 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
preencher antes de , os elétrons do são removidos antes dos do quando o átomo é ionizado.
Vou aplicar essas regras passo a passo.
Passo 3
Determinar a configuração eletrônica do átomo neutro
(
):
- Primeiro, o gás nobre anterior é o argônio, que tem a configuração eletrônica
e corresponde a elétrons. - Restam
elétrons para distribuir nos orbitais mais externos. - Seguindo a ordem de preenchimento: os dois elétrons vão para
e os sete restantes para . Portanto a configuração do cobalto neutro em seu estado fundamental é
Passo 4
Formação do íon
(remoção de
elétrons):
- Regra prática: ao ionizar um átomo do bloco d, removem-se primeiro os elétrons do orbital
e só depois do . - Assim, tiramos os dois elétrons do
. O núcleo remanescente tem a configuração
Essa é a configuração eletrônica do estado fundamental do íon isolado
.
Passo 5
Contar os elétrons desemparelhados em
usando a regra de Hund:
- Existem cinco orbitais
disponíveis. Para maximizar o número de spins paralelos, colocamos primeiro um elétron em cada orbital até ter 5 elétrons desemparelhados. - Depois dos 5, sobram
elétrons que devem entrar emparelhando dois dos orbitais já ocupados. - Uma distribuição que respeita Hund para
é, em termos de ocupação dos cinco orbitais :
dois orbitais com(pares) e três orbitais com (simples). - Logo o número de elétrons desemparelhados é o número de orbitais com um único elétron:
.
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.