Faça a distribuição eletrônica para os átomos seguintes, segundo (i) configuração eletrônica completa e (ii) configuração eletrônica condensada (cerne do gás nobre) e (iii) diagrama de quadrículas apenas elétron(s) na camada de valência:
Co
Co
Passo 1
O enunciado pede três coisas para o átomo de cobalto (símbolo Co):
- (i) a configuração eletrônica completa (todos os orbitais preenchidos até o elétron 27),
- (ii) a configuração eletrônica condensada (com o núcleo de gás nobre = cerne do gás nobre),
- (iii) o diagrama de quadrículas (orbital box diagram) contendo apenas os elétrons da camada de valência.
Informações relevantes que o enunciado dá (ou que precisamos saber para resolver):
- O número atômico do cobalto é
. Isso significa que um átomo neutro de Co tem elétrons para distribuir. - Precisamos aplicar as regras de preenchimento: princípio da construção (Aufbau), princípio de exclusão de Pauli e regra de Hund para distribuir os elétrons nos orbitais.
Passo 2
Relembrando as regras básicas (aula curta, passo a passo):
- Princípio de Aufbau: enche-se os orbitais por ordem crescente de energia:
. Note que tem energia ligeiramente menor que ao preencher átomos neutros, por isso é preenchido antes de . - Princípio de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos; em notação, um orbital pode ter
(dois elétrons) ou um único (ou ). - Regra de Hund: ao ocupar orbitais degenerados (mesma energia, ex.: os cinco orbitais
), primeiro coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de começar a emparelhar.
Vou usar essas regras para encher os
elétrons do Co, contado de baixo para cima.
Passo 3
Construção da configuração completa, enchendo orbitais até totalizar
elétrons. Vou listar cada orbital com o número de elétrons que recebe e manter a contagem cumulativa:
-
recebe elétrons. Cumulativo: . -
recebe . Cumulativo: . -
recebe . Cumulativo: . -
recebe . Cumulativo: . -
recebe . Cumulativo: . -
recebe . Cumulativo: . - Resta preencher
elétrons no nível . Então recebe .
Portanto a configuração eletrônica completa é
Explicação extra (por que
e não
?): após encher
chegamos a
elétrons; os próximos elétrons entram nos orbitais
(mais baixos que
nesse ponto) até completar os
.
Passo 4
Agora a configuração condensada (cerne do gás nobre): o gás nobre que precede o cobalto é o argônio, que tem
elétrons e configuração
. Então substituímos essa parte inicial por
e escrevemos apenas os elétrons externos:
Isso é a configuração eletrônica condensada pedida.
Passo 5
Definir “camada de valência” para metais de transição e o que o diagrama de quadrículas deve mostrar:
- Em elementos de transição como o cobalto, a camada de valência inclui os elétrons em
e nos orbitais , porque ambos podem participar de ligações e ionização. Para o Co neutro: valência = (total de elétrons de valência). - O diagrama de quadrículas pedem que mostremos apenas esses elétrons nos orbitais de valência: uma caixa para
e cinco caixas para os cinco orbitais .
Passo 6
Aplicando a regra de Hund para distribuir os
elétrons no subnível
:
- Primeiro colocamos um elétron em cada uma das cinco caixas
, todos com spins paralelos (digamos todos ). Isso usa elétrons. - Restam
elétrons; segundo Hund devemos agora emparelhar dois desses orbitais (cada um recebe um segundo elétron com spin oposto ). Assim teremos duas caixas com pares e três caixas com um único . - No orbital
temos elétrons que necessariamente ficam emparelhados: .
Não há exceção de configuração (como ocorre para Cr ou Cu); para Co a distribuição acima é a esperada:
com cinco orbitais ocupados seguindo Hund.
Passo 7
Representação final do diagrama de quadrículas (apenas elétrons de valência), usando caixas para orbitais e setas para spins. Vou escrever cada linha separada (como se fossem pequenas “caixas” visuais):
Para
(uma caixa):
Para
(cinco caixas, totalizando
elétrons):
Aqui a convenção visual escolhida emparelha os elétrons nas duas primeiras caixas
e deixa as outras três com um elétron desemparelhado, o que corresponde a maximizar elétrons desemparelhados antes de emparelhar e resulta em
elétrons não pareados no
.
Observação prática e dica de prova: ao desenhar em prova, basta desenhar cinco quadradinhos lado a lado rotulados “3d” e um quadradinho separado para “4s”. Preencha primeiro com setas para cima (uma por caixa) e depois volte para colocar as setas para baixo para emparelhar até completar o número de elétrons do subnível.