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 \mathrm{Cu}. Informação importante que se obtém do elemento: o número atômico é Z=29, ou seja, o átomo tem 29 elétrons no estado neutro. Nada mais é fornecido no enunciado.

Passo 2

Plano rápido (sem cálculo ainda): a configuração eletrônica é feita colocando os 29 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: 1s,\,2s,\,2p,\,3s,\,3p,\,4s,\,3d,\,4p,\ldots. Isso significa que, em geral, coloca-se elétrons no 4s antes do 3d, porque o 4s tem energia ligeiramente mais baixa quando os orbitais estão vazios.
  • Princípio de Pauli: cada orbital (por exemplo, 3d com um determinado conjunto de números quânticos) aceita no máximo dois elétrons, e estes devem ter spins opostos; por isso escrevemos expoentes como s^2 quando dois elétrons ocupam um orbital s.
  • Regra de Hund: quando há vários orbitais com a mesma energia (por exemplo, os cinco orbitais 3d), 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 1s^{2},\;2s^{2},\;2p^{6},\;3s^{2},\;3p^{6}.Esses somam 2+2+6+2+6=18 elétrons. Esse conjunto corresponde ao gás nobre argônio, então escrevemos o núcleo eletrônico como [Ar] quando quisermos a forma condensada.

Passo 5

Continuando a preencher após [Ar]:
  • Seguindo a ordem de Aufbau, o próximo a receber elétrons é o 4s. Colocando dois elétrons em 4s e depois os restantes em 3d (na ordem prática) chega-se inicialmente à configuração [Ar]\,4s^{2}\,3d^{9},porque 18+2+9=29.
  • Entretanto, existe uma exceção importante: átomos de transição frequentemente reconfiguram a distribuição entre 4s e 3d para maximizar a estabilidade. Em particular, um subnível 3d completamente preenchido ( 3d^{10}) apresenta estabilidade extra (energia mais baixa) que pode compensar a custa de promoção de um elétron do 4s para o 3d.

Passo 6

Por que o cobre termina com 3d^{10}4s^{1} e não com 4s^{2}3d^{9} (explicação didática):
  • O 4s e o 3d têm energias muito próximas. Quando mais elétrons ocupam a região 3d, a energia efetiva dos orbitais 3d cai relativamente à do 4s.
  • Promover um elétron de 4s para 3d custa um pouco de energia por causa da configuração, mas a configuração resultante com 3d^{10} 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 4s e dez em 3d, ou seja, [Ar]\,3d^{10}\,4s^{1}. 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:
  • [Ar] tem 18 elétrons.
  • 3d^{10} tem 10 elétrons.
  • 4s^{1} tem 1 elétron.
    Somando: 18+10+1=29, que é exatamente o número atômico Z=29. 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: 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{10}\,4s^{1}.
  • Forma condensada (mais usada): [Ar]\,3d^{10}\,4s^{1}.
Dica de prova: identifique Z, 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.

Resposta

[Ar]\,3d^{10}\,4s^{1}
1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{10}\,4s^{1}

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