Dê as configurações eletrônicas do estado fundamental do (g) Cu
Passo 1
O que o enunciado pede: dar a configuração eletrônica do estado fundamental do átomo de cobre neutro, símbolo químico
. Informação importante que se obtém do elemento: o número atômico é
, ou seja, o átomo tem
elétrons no estado neutro. Nada mais é fornecido no enunciado.
Passo 2
Plano rápido (sem cálculo ainda): a configuração eletrônica é feita colocando os
elétrons nos orbitais atômicos seguindo regras básicas: princípio de Aufbau (preencher orbitais de menor energia primeiro), princípio de exclusão de Pauli (cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos) e a regra de Hund (em orbitais degenerados, maximizar o número de elétrons desemparelhados). Vou explicar cada uma dessas regras de forma simples antes de aplicar.
Passo 3
Explicando as regras (de modo prático e sem jargão):
- Princípio de Aufbau: existe uma ordem prática de preenchimento de orbitais:
. Isso significa que, em geral, coloca-se elétrons no antes do , porque o tem energia ligeiramente mais baixa quando os orbitais estão vazios. - Princípio de Pauli: cada orbital (por exemplo,
com um determinado conjunto de números quânticos) aceita no máximo dois elétrons, e estes devem ter spins opostos; por isso escrevemos expoentes como quando dois elétrons ocupam um orbital . - Regra de Hund: quando há vários orbitais com a mesma energia (por exemplo, os cinco orbitais
), os elétrons ocupam orbitais diferentes com spins paralelos antes de emparelhar, porque isso reduz repulsões.
Passo 4
Preenchendo os elétrons passo a passo até o gás nobre anterior:
- Colocando os elétrons nas camadas mais internas obtemos
Esses somam elétrons. Esse conjunto corresponde ao gás nobre argônio, então escrevemos o núcleo eletrônico como quando quisermos a forma condensada.
Passo 5
Continuando a preencher após
:
- Seguindo a ordem de Aufbau, o próximo a receber elétrons é o
. Colocando dois elétrons em e depois os restantes em (na ordem prática) chega-se inicialmente à configuração porque . - Entretanto, existe uma exceção importante: átomos de transição frequentemente reconfiguram a distribuição entre
e para maximizar a estabilidade. Em particular, um subnível completamente preenchido ( ) apresenta estabilidade extra (energia mais baixa) que pode compensar a custa de promoção de um elétron do para o .
Passo 6
Por que o cobre termina com
e não com
(explicação didática):
- O
e o têm energias muito próximas. Quando mais elétrons ocupam a região , a energia efetiva dos orbitais cai relativamente à do . - Promover um elétron de
para custa um pouco de energia por causa da configuração, mas a configuração resultante com ganha estabilidade extra (menor energia) por causa de efeitos de emparelhamento e de troca (exchange) e pela menor repulsão quando o subnível d fica completo. - Para o cobre neutro isso resulta numa configuração mais estável com um elétron em
e dez em , ou seja, . Esse é um caso clássico de exceção ao preenchimento “estritamente” por ordem de energia.
Passo 7
Verificação por contagem de elétrons para garantir que fechou certinho:
-
tem elétrons. -
tem elétrons. -
tem elétron.
Somando:, que é exatamente o número atômico . Portanto a configuração está consistente.
Passo 8
Forma completa (sem usar o núcleo de gás nobre) e forma condensada que você pode escrever na prova:
- Forma completa:
- Forma condensada (mais usada):
Dica de prova: identifique
, escreva o núcleo até o gás nobre anterior e lembre-se das exceções mais comuns (Cr e Cu são exemplos clássicos). Sempre confira a soma dos elétrons.