Para cada uma das espécies a seguir, escreva a configuração eletrônica completa e, em seguida, indique: (a) o número de elétrons desemparelhados, (b) a camada de valência e (c) o subnível mais energético.
\mathrm{Cu}^{+}

Passo 1

O que o enunciado pede: para a espécie \mathrm{Cu}^+ (íon cobreiro mono-positivo), escrever a configuração eletrônica completa e, em seguida, indicara: (a) o número de elétrons desemparelhados; (b) a camada de valência; (c) o subnível mais energético.
Informações dadas: a espécie é \mathrm{Cu}^+ (átomo de cobre com carga +1). Não há outras informações no enunciado.

Passo 2

Relembrando como montar a configuração eletrônica: seguimos as regras do Aufbau (preencher orbitais de menor para maior energia), princípio de Pauli (cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos) e regra de Hund (ao preencher orbitais degenerados, colocar primeiro um elétron em cada orbital com spins paralelos). Para elementos de transição existe uma peculiaridade prática: na forma neutra o orbital 4s costuma ficar com elétrons antes do 3d, mas ao formar cátions os elétrons são removidos primeiramente do orbital com maior número quântico principal n (isto é, removem-se do 4s antes do 3d). Vou aplicar isso passo a passo.

Passo 3

Primeiro: conhecendo o cobre neutro. O número atômico do cobre é Z=29, ou seja, átomo neutro tem 29 elétrons. A configuração eletrônica experimentalmente correta (por exceção às regras simples devido à estabilização do subnível 3d) do cobre neutro é
\text{Cu (neutro)}:\; 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}\,4s^1.
Explicando: os 10 elétrons do 3d e apenas 1 no 4s é a configuração observada para maximizar a estabilidade (meia-camada ou camada cheia de d é estável).

Passo 4

Agora formar \mathrm{Cu}^+: ao remover um elétron para obter um cátion positivo, os elétrons mais facilmente removidos são os de maior número quântico principal n. Assim, removemos primeiro o elétron do orbital 4s, não do 3d. Partindo da configuração do cobre neutro, retirando um elétron do 4s temos:
\mathrm{Cu}^+:\; 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}.
Esta é a configuração eletrônica completa de \mathrm{Cu}^+.

Passo 5

Determinar o número de elétrons desemparelhados (item (a)). Olhamos para cada subnível ocupado e verificamos se existem orbitais com elétrons não pareados. O único subnível parcialmente concorrente seria 3d, mas aqui temos 3d^{10}: isso significa 10 elétrons preenchendo completamente os cinco orbitais d (cada orbital d comporta 2 elétrons), portanto todos os elétrons em 3d estão pareados. Todos os outros subníveis listados ( 1s,2s,2p,3s,3p) também estão completamente preenchidos e, portanto, com elétrons pareados. Conclusão:
  • Número de elétrons desemparelhados = \,0\,.

Passo 6

Determinar a camada de valência (item (b)). Aqui é importante definir claramente o que se entende por “camada de valência”. Há duas formas comuns de interpretar:
  • Definição A (mais estrita): camada de valência = maior número quântico principal n que contém elétrons no estado do íon.
  • Definição B (química de metais de transição): considerar como camadas de valência tanto ns quanto (n-1)d que participam de química/ligação.
Aplicando a Definição A a \mathrm{Cu}^+: a configuração é 3d^{10} como último nível ocupado, logo o maior n que contém elétrons é n=3. Assim, segundo essa definição, a camada de valência é a camada 3.
Se alguém usar a Definição B (incluir 3d e 4s como camadas de valência do cobre em geral), no caso específico de \mathrm{Cu}^+ o orbital 4s está vazio, então a camada efetiva que contém elétrons e pode participar é ainda a 3 (os 3d). Por isso, a resposta mais direta e consistente para a camada de valência de \mathrm{Cu}^+ é:
  • Camada de valência = \,n=3\,.

Passo 7

Determinar o subnível mais energético (item (c)). Interpretando “subnível mais energético” como o subnível ocupado de maior energia (ou seja, o subnível ocupado mais próximo do nível de ionização), observamos na configuração de \mathrm{Cu}^+ que o subnível ocupadon de maior energia é o 3d^{10}. O orbital 4s está vazio, então não se conta como “ocupado”. Portanto:
  • Subnível mais energético ocupado = \,3d\,.

Resposta

\mathrm{Cu}^+:\; 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}
(a) 0
(b) n=3
(c) 3d

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