1. O íon \mathrm{Cu}^{2+} tem grande importância em alguns sistemas biológicos. O transporte de oxigênio em muitos invertebrados é realizado por compostos contendo cobre. Indique a afirmativa verdadeira para o estado fundamental do íon \mathrm{Cu}^{2+}.
    a) O número de elétrons desemparelhados é zero (0) e o íon \mathrm{Cu}^{2+} é diamagnético.
    b) O número de elétrons desemparelhados é três (3) e o íon é paramagnético.
    c) O número de elétrons desemparelhados é um (1) e o íon é paramagnético.
    d) O número de elétrons desemparelhados é três
    (3) e o íon é diamagnético.
    e) O número de elétrons desemparelhados é dois
    (2) e o íon é paramagnético.

Passo 1

O enunciado pede para indicar qual afirmação é verdadeira sobre o estado fundamental do íon \mathrm{Cu}^{2+}. As informações relevantes e as alternativas são:
  • Pergunta: qual é o número de elétrons desemparelhados do íon \mathrm{Cu}^{2+} no seu estado fundamental e se o íon é paramagnético ou diamagnético?
  • Alternativas:
    a) O número de elétrons desemparelhados é zero (0) e o íon \mathrm{Cu}^{2+} é diamagnético.
    b) O número de elétrons desemparelhados é três (3) e o íon é paramagnético.
    c) O número de elétrons desemparelhados é um (1) e o íon é paramagnético.
    d) O número de elétrons desemparelhados é três (3) e o íon é diamagnético.
    e) O número de elétrons desemparelhados é dois (2) e o íon é paramagnético.

Passo 2

Identificar a configuração eletrônica do átomo neutro de cobre e entender a remoção de elétrons ao formar o cátion. Dados importantes:
  • O número atômico do cobre é Z=29 (ou seja, o átomo neutro tem 29 elétrons).
  • A configuração eletrônica observada para o cobre neutro é [Ar]\,4s^{1}\,3d^{10}.
    Explicação didática rápida: ao preencher os orbitais usamos o princípio de Aufbau (preencher orbitais de menor energia primeiro), o princípio de exclusão de Pauli e a regra de Hund. O cobre é um caso típico que apresenta a configuração 4s^{1}3d^{10} em vez de 4s^{2}3d^{9} porque um subnível 3d completamente preenchido (3d^{10}) dá uma estabilização extra que faz com que a configuração com 4s^{1}3d^{10} seja a mais estável experimentalmente.

Passo 3

Formação do íon \mathrm{Cu}^{2+}: remover dois elétrons do átomo neutro.
  • Ordem de remoção em cátions: os elétrons do orbital 4s são removidos antes dos do 3d, mesmo que na construção do átomo 4s tenha sido preenchido primeiro. Assim:
\text{Cu (neutro)}:\\ [Ar]\,4s^{1}\,3d^{10}
Removendo um elétron (formando \mathrm{Cu}^{+}):
\text{Cu}^{+}:\\ [Ar]\,3d^{10}
Removendo mais um elétron (formando \mathrm{Cu}^{2+}):
\text{Cu}^{2+}:\\ [Ar]\,3d^{9}
Portanto, a configuração eletrônica do íon \mathrm{Cu}^{2+} no estado fundamental é [Ar]\,3d^{9}. (Peguei a informação da configuração do átomo neutro e apliquei a regra de remoção de elétrons para cátions.)

Passo 4

Contar os elétrons desemparelhados em [Ar]\,3d^{9}. Conceitos usados:
  • O subnível d possui 5 orbitais distintos; cada orbital pode comportar no máximo 2 elétrons (um com spin para cima e outro com spin para baixo), totalizando até 10 elétrons em d.
  • Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados, coloca-se primeiro um elétron em cada orbital com spins paralelos (maximizar spin total) e só depois começam as emparelhamentos.
Aplicando a Hund para 3d^{9}:
  • Coloca-se um elétron em cada um dos 5 orbitais ( 5 elétrons, todos desemparelhados).
  • Restam 9-5=4 elétrons a inserir; esses 4 irão parear elétrons em quatro desses orbitais, formando 4 pares.
  • Assim, 4 orbitais ficam com dois elétrons (pares) e 1 orbital fica com apenas um elétron (desemparelhado).
Contagem: há exatamente 1 elétron desemparelhado no 3d^{9}.

Passo 5

Ligar o número de elétrons desemparelhados à propriedade magnética:
  • Definição prática: espécies com pelo menos um elétron desemparelhado são paramagnéticas (são atraídas por campo magnético). Espécies com todos os elétrons pareados são diamagnéticas (levemente repelidas por campo magnético).
  • Como [Ar]\,3d^{9} tem 1 elétron desemparelhado, o íon \mathrm{Cu}^{2+} é paramagnético.

Resposta

c) O número de elétrons desemparelhados é um (1) e o íon é paramagnético.

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