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 29, ou seja, um átomo neutro de cobre possui 29 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 2 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 n+\ell: orbitais com menor valor de n+\ell são preenchidos primeiro; em caso de empate, preenche-se primeiro o orbital com menor n. Aqui n é o número quântico principal (camada: 1,2,3,\dots) e \ell é o número quântico azimutal (subnível: s tem \ell=0, p tem \ell=1, d tem \ell=2).
  • Regra de Hund: dentro de um mesmo subnível degenerado (por exemplo, os cinco orbitais 3d), 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):
1s,\;2s,\;2p,\;3s,\;3p,\;4s,\;3d,\;4p,\;\dots
Cada rótulo indica um subnível. Agora vamos preencher até 29 elétrons, contando quantos elétrons cabem em cada subnível: s comporta 2, p comporta 6, d comporta 10.

Passo 4

Preenchimento passo a passo até 29 elétrons (vou somar os elétrons acumulados para ficar claro):
  • 1s^2 → total 2.
  • 2s^2 → total 4.
  • 2p^6 → total 10.
  • 3s^2 → total 12.
  • 3p^6 → total 18.
Até aqui já preenchemos o gás nobre \mathrm{Ar} com 18 elétrons, então muitas vezes usamos a notação de núcleo \mathrm{[Ar]} para simplificar.
Continuando após \mathrm{[Ar]}:
  • Próximo subnível pela regra de Aufbau é 4s. Se seguirmos a ordem simples, colocaríamos 4s^2 → total 20.
  • Depois vem 3d; restariam 9 elétrons (pois 29-20=9), então a sequência direta daria 3d^9, resultando na configuração aparente \mathrm{[Ar]\,4s^2\,3d^9}.

Passo 5

Aqui aparece a exceção importante (e típica de cobre e cromo): experimentalmente o estado fundamental do cobre não é \mathrm{[Ar]\,4s^2\,3d^9}. Em vez disso, um elétron do 4s “promove-se” para completar o subnível 3d, por razões energéticas finas:
  • Um subnível 3d completamente preenchido ( 3d^{10}) tem estabilidade extra devido à energia de troca e menor energia total do conjunto 3d^{10}.
  • O custo de emparelhar / promover esse elétron a partir de 4s é compensado pela estabilização obtida ao completar o 3d.
    Portanto o arranjo de energia real no átomo neutro de Cu leva à configuração com 3d^{10} e apenas 1 elétron no 4s.

Passo 6

Apresentando a configuração final do estado fundamental de Cu em forma expandida e em notação abreviada pelo gás nobre:
\text{expandida: }1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}\,4s^1
\text{abreviada: } \mathrm{[Ar]\,3d^{10}\,4s^{1}}
Observação didática extra (útil para provas): embora no átomo neutro escrevamos \mathrm{[Ar]\,3d^{10}\,4s^{1}}, ao formar cátions os elétrons são removidos primeiro do orbital 4s (por exemplo, \mathrm{Cu^{+}} tem configuração \mathrm{[Ar]\,3d^{10}}), porque na prática o elétron 4s é menos firmemente ligado quando 3d está ocupado.

Resposta

\mathrm{[Ar]\,3d^{10}\,4s^{1}}

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