Escreva as configurações eletrônicas do
e do
. Elas seguem o diagrama de Pauling (Aufbau) para o preenchimento eletrônico? Explique, e com base em sua explicação, escreva as configurações eletrônicas dos íons cuproso e cromoso.
Passo 1
O enunciado pede três coisas claras:
- Escrever a configuração eletrônica do átomo de
com . - Escrever a configuração eletrônica do átomo de
com . - Dizer se essas configurações seguem o diagrama de Pauling (Aufbau) para preenchimento eletrônico e explicar por quê; com base nisso, escrever as configurações eletrônicas dos íons cuproso e cromoso.
Informações dadas/úteis (tiradas do enunciado):
- Número atômico do cromo:
. - Número atômico do cobre:
. - Precisa-se também das configurações de: íon cuproso (
) e íon cromoso ( ).
Passo 2
Vamos lembrar as regras básicas que usamos para construir as configurações eletrônicas (a “aula” rápida, passo a passo, para usar na prova):
- Princípio de Aufbau (diagrama de Pauling): enchemos os orbitais indo do menor para o maior nível de energia. Uma ordem prática (a mais usada) é:
Isso é um guia: os orbitais
e
têm energias muito próximas, então atenção.
-
Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital pode conter, no máximo, dois elétrons com spins opostos.
-
Regra de Hund: ao ocupar orbitais degenerados (por exemplo, os três orbitais
ou ), colocamos primeiro um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar. -
Regra
(regra de Madelung/Pauling): quando comparar orbitais, somar (onde é o número quântico principal e é o azimutal: ). Orbital com menor tem prioridade; se empate, o menor entra primeiro. Essa regra dá a ordem indicada acima, mas não é absoluta: para metais de transição há exceções por diferenças pequenas de energia entre e .
Explanação curta sobre a notação: escreverei as configurações usando o núcleo de gás nobre quando for conveniente, por exemplo
para o núcleo com
elétrons (configuração de Argônio).
Passo 3
Construindo até
e
: preencheríamos em princípio assim (usando a ordem padrão):
- Até
(18 elétrons) temos
A partir daí, continuam os elétrons que faltam.
Agora, contando elétrons além de
:
Para
(
): faltam
elétrons para colocar nos orbitais de valência (
e
).
A aplicação “padrão” do Aufbau daria:
Para
(
): faltam
elétrons além de
. A aplicação padrão daria
Essas são as configurações que o diagrama de Pauling (aufbau) “esperaria”. Mas atenção: existem exceções!
Passo 4
Por que há exceções? Explicação didática, sem pular etapas:
-
Os orbitais
e têm energias muito próximas. Quando se coloca elétrons, a energia efetiva dos orbitais muda por causa da interação entre elétrons (repulsões e efeitos de blindagem). Às vezes compensa energeticamente promover um elétron do para o para obter uma configuração com maior estabilidade eletrônica. -
Estabilidades especiais surgem quando um subnível d fica “meio preenchido” (
) ou “completamente preenchido” ( ). Essas configurações ganham energia adicional (menor energia total) por efeitos chamados de energia de estabilização por troca (exchange energy) e redução de repulsões ao possuir mais spins paralelos e distribuição mais simétrica dos elétrons. -
Para
: a configuração apresenta um subnível meio preenchido ( ), que é especialmente estável. Comparando com , a segunda tem ganho de estabilidade suficiente para ser a configuração observada experimentalmente. -
Para
: a configuração tem o subnível totalmente preenchido ( ), igualmente muito estável; isso torna mais favorável do que .
Conclusão direta: os átomos neutros
e
são exceções ao preenchimento “puro” de Pauling/aufbau por causa do ganho extra de estabilidade de
e
.
Passo 5
Escrevendo explicitamente as configurações eletrônicas corretas (mostrando as trocas):
-
Para
( ): - Preenchimento realmente observado:
Explicação curta do passo: doselétrons além de , colocam-se inicialmente dois no e quatro no pela ordem simples; mas ao rearranjar para maximizar estabilidade, um elétron do sobe para completar o quinto elétron , resultando em . -
Para
( ): - Preenchimento real:
Explicação curta: doselétrons além de , pela ordem aparece “esperado”, mas é energeticamente favorável mover um elétron do para completar o até , resultando em .
Passo 6
Comportamento ao formar íons (regra importante para prova): ao ionizar metais de transição, os elétrons são removidos primeiro do orbital
(por exemplo
) e só depois do
. Mesmo que em neutros o
possa estar cheio antes do
, na ionização o
tem energia efetiva maior e perde elétrons primeiro.
Aplicando isso:
- Íon cuproso (
): partir de . Remove-se um elétron. Esse elétron sai do , pois é o orbital . Logo:
(Observação:
seria
, porque remove-se mais um elétron do
.)
- Íon cromoso (
): partir de . Ao remover dois elétrons: primeiro sai o elétron do (um elétron), e o segundo elétron é retirado de . Assim:
(Observação:
seria
, comum em química inorgânica.)
Passo 7
Resumo final da lógica (para você decorar e usar na prova):
- Use Aufbau/Pauling como guia inicial.
- Verifique exceções comuns:
e são clássicas. - Lembre-se: estabilidade extra para
e explica por que um elétron do é promovido ao . - Ao formar cátions de metais de transição, remova primeiro elétrons do orbital
(por exemplo ) e depois de .