Dê as configurações eletrônicas do estado fundamental de Cu
Passo 1
O problema pede: “Dê as configurações eletrônicas do estado fundamental de Cu”. Informações relevantes do enunciado que vamos usar: o cobre tem número atômico
, ou seja, um átomo neutro de cobre possui
elétrons. Não há outras condições (estado excitado, íons etc.), então queremos a configuração eletrónica do estado fundamental do átomo neutro de Cu.
Passo 2
Relembrando os princípios básicos que vamos usar (em linguagem simples):
- Princípio de Pauli: cada orbital pode comportar no máximo dois elétrons com spins opostos. Em notação, um orbital pode ter até
elétrons. - Princípio de Aufbau (ordem de preenchimento): enchemos os orbitais de menor energia para os de maior energia. Uma regra prática é a regra de
: orbitais com menor valor de são preenchidos primeiro; em caso de empate, preenche-se primeiro o orbital com menor . Aqui é o número quântico principal (camada: ) e é o número quântico azimutal (subnível: tem , tem , tem ). - Regra de Hund: dentro de um mesmo subnível degenerado (por exemplo, os cinco orbitais
), distribuímos os elétrons maximizando o número de spins paralelos antes de emparelhar, porque isso reduz energia por efeito de troca (exchange).
Vou usar essas regras para montar a configuração passo a passo e também explicar uma exceção importante que ocorre no cobre.
Passo 3
Escrevendo a sequência usual de preenchimento (regra prática):
Cada rótulo indica um subnível. Agora vamos preencher até
elétrons, contando quantos elétrons cabem em cada subnível:
comporta
,
comporta
,
comporta
.
Passo 4
Preenchimento passo a passo até
elétrons (vou somar os elétrons acumulados para ficar claro):
-
→ total . -
→ total . -
→ total . -
→ total . -
→ total .
Até aqui já preenchemos o gás nobre
com
elétrons, então muitas vezes usamos a notação de núcleo
para simplificar.
Continuando após
:
- Próximo subnível pela regra de Aufbau é
. Se seguirmos a ordem simples, colocaríamos → total . - Depois vem
; restariam elétrons (pois ), então a sequência direta daria , resultando na configuração aparente .
Passo 5
Aqui aparece a exceção importante (e típica de cobre e cromo): experimentalmente o estado fundamental do cobre não é
. Em vez disso, um elétron do
“promove-se” para completar o subnível
, por razões energéticas finas:
- Um subnível
completamente preenchido ( ) tem estabilidade extra devido à energia de troca e menor energia total do conjunto . - O custo de emparelhar / promover esse elétron a partir de
é compensado pela estabilização obtida ao completar o .
Portanto o arranjo de energia real no átomo neutro de Cu leva à configuração come apenas elétron no .
Passo 6
Apresentando a configuração final do estado fundamental de Cu em forma expandida e em notação abreviada pelo gás nobre:
Observação didática extra (útil para provas): embora no átomo neutro escrevamos
, ao formar cátions os elétrons são removidos primeiro do orbital
(por exemplo,
tem configuração
), porque na prática o elétron
é menos firmemente ligado quando
está ocupado.