Qual é a exceção à regra de Pauling no caso do cobre (
)?
Passo 1
O que o enunciado pede: identificar qual é a exceção à “regra de Pauling” para o átomo de cobre, que tem número atômico
.
Informações dadas (explícitas ou óbvias):
- O elemento é o cobre, com
(ou seja, 29 elétrons no átomo neutro). - A pergunta é sobre uma exceção à regra de Pauling (ou seja, sobre a configuração eletrônica que foge da previsão simples).
Passo 2
O que é a “regra de Pauling” que será usada como referência aqui (explicação didática):
- Na prática, quando se fala em “regra de Pauling” nesse contexto está-se referindo ao critério de preenchimento de orbitais conhecido como princípio de Aufbau / regra de Madelung, que diz para preencher os orbitais em ordem crescente do valor de
; em caso de empate, preenche-se primeiro o orbital com menor . - Aqui explico com calma:
-
é o número quântico principal (indica o nível: ). -
é o número quântico azimutal (para s, p, d, f temos , respectivamente). - A regra de Madelung/Aufbau ordena orbitais pelo valor de
. Por exemplo: - Para
: . - Para
: .
- Para
- Como
tem e tem , a regra prevê que seja preenchido antes de .
-
Passo 3
Aplicando a previsão à construção da configuração do cobre:
- O cobre tem 29 elétrons. O gás nobre anterior é o argônio, com 18 elétrons, então o núcleo eletrônico “externo” tem
elétrons a distribuir entre os orbitais e (após preencher os orbitais até ). - Pela regra de Madelung/Aufbau (a previsão “simples” frequentemente chamada de regra de Pauling), preencheríamos primeiro
com até 2 elétrons e depois completaríamos . Assim a configuração prevista seria
Passo 4
Qual é a exceção observada experimentalmente (resposta direta explicativa):
- Na prática experimental (espectroscopia, química), o cobre neutro tem a configuração eletrônica
ou seja, um elétron “vai” do orbital para completar o subnível , resultando em cheio e em vez de . - Essa diferença é justamente a exceção pedida: o átomo de cobre prefere a configuração com d‑completamente preenchido e apenas um elétron em
.
Passo 5
Por que isso acontece? Explicação didática e passo a passo (sem pular etapas):
- Importante: a regra de Aufbau dá uma ordem útil, mas não é uma lei rígida — as energias relativas dos orbitais
e são muito próximas e dependem de detalhes. - Fatores que tornam
mais estável que : - Estabilidade de subníveis completamente preenchidos: um subnível
completamente preenchido tem energia total menor (está especialmente estável) por causa de efeitos de correlação eletrônica e diminuição da energia de interação interna quando o subnível fica completo. - Energia efetiva e atração nuclear: ao aumentar o número de prótons (cadeia dos metais de transição), os elétrons
sentem uma atração nuclear maior (menor blindagem relativa) e passam a ter energia mais baixa que ; então é energeticamente favorável mover um elétron de para . - Troca e emparelhamento: o ganho de energia associado à troca eletrônica e à configuração com todos os orbitais d pareados pode superar o custo de emparelhamento ou de movimento do elétron.
- Estabilidade de subníveis completamente preenchidos: um subnível
- Em resumo: a diferença de energia entre as configurações é pequena, e a configuração com
cheio é mais estável; por isso o cobre adota .
Passo 6
Consequências e verificação prática (como usar isso numa prova):
- Um ponto prático que costuma cair em provas: ao formar íons, os elétrons
são removidos antes dos , o que confirma que, no átomo e ainda mais em íons, o orbital fica de fato com menor energia efetiva. Por exemplo: -
tem configuração (os elétrons já foram removidos).
-
- Outro exemplo de exceção do mesmo tipo é o cromo: previsão
, observado (meio‑cheio é mais estável). É útil lembrar pelo par clássico de exceções: Cr e Cu. - Para a prova: quando pedirem configuração eletrônica de metais de transição, verifique se há vantagem energética em completar ou meio-completar o subnível
; os casos mais comuns de exceção são Cr ( ) e Cu ( ).
Passo 7
Resumo final curto e direto para conferir rapidamente na prova:
- Previsão pela regra (Aufbau/Madelung):
. - Exceção observada (resposta):
.