Responda as questões de 11 a 16
A configuração eletrônica de um átomo influencia diretamente suas propriedades químicas, como reatividade, condutividade elétrica e ligação química. Com base nisso, resolva as questões a seguir:
Escreva as configurações eletrônicas completas:
Cobre (Cu), Z=29

Passo 1

O enunciado pede para escrever a configuração eletrônica completa do elemento Cobre, cujo número atômico é Z=29.
Informações dadas / necessárias e o que precisamos entregar:
  • O átomo tem 29 elétrons (porque Z=29).
  • Precisamos escrever a configuração eletrônica completa (todas as subcamadas ocupadas com seus respectivos elétrons).
  • Vou detalhar passo a passo como se preenche as subcamadas e explicar uma exceção importante para o cobre.

Passo 2

Regras básicas que usamos ao preencher elétrons (explicação didática, sem pular passos):
  • Princípio da Aufbau (ordem de energia): preenchemos as subcamadas de menor energia para maior energia. A ordem relevante para elementos até o cobre é, em geral:
1s,\;2s,\;2p,\;3s,\;3p,\;4s,\;3d,\;4p.
  • Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo 2 elétrons com spins opostos. Uma subcamada s tem 1 orbital, p tem 3 orbitais, d tem 5 orbitais, f tem 7 orbitais. Assim a capacidade máxima de uma subcamada é dada por
\text{capacidade} = 2(2l+1),
onde l é o quantum azimutal ( l=0 para s, l=1 para p, l=2 para d).
  • Regra de Hund: ao ocupar orbitais degenerados (por exemplo, os três orbitais p ou os cinco orbitais d), primeiro colocamos um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar.
Vou usar essas regras para preencher os 29 elétrons.

Passo 3

Capacidades das subcamadas que vamos usar (explicando cada número):
  • 1s comporta 2 elétrons.
  • 2s comporta 2 elétrons.
  • 2p comporta 6 elétrons (3 orbitais × 2).
  • 3s comporta 2 elétrons.
  • 3p comporta 6 elétrons.
  • 4s comporta 2 elétrons.
  • 3d comporta 10 elétrons (5 orbitais × 2).
Essas capacidades derivam da fórmula 2(2l+1) e do número de orbitais por tipo s,p,d.

Passo 4

Preenchimento passo a passo, debitando elétrons do total 29:
  • Colocamos 2 elétrons em 1s: sobra 29-2=27.
  • Colocamos 2 elétrons em 2s: sobra 27-2=25.
  • Colocamos 6 elétrons em 2p: sobra 25-6=19.
  • Colocamos 2 elétrons em 3s: sobra 19-2=17.
  • Colocamos 6 elétrons em 3p: sobra 17-6=11.
  • Colocamos 2 elétrons em 4s: sobra 11-2=9.
  • Os 9 elétrons restantes entram na subcamada 3d: sobra 9-9=0.
Se escrevermos a ocupação que obtivemos com essa sequência de preenchimento, chegamos ao conjunto de ocupações: 1s^2,\;2s^2,\;2p^6,\;3s^2,\;3p^6,\;4s^2,\;3d^9. Isso é o resultado direto do preenchimento pela ordem de energia mais usada.

Passo 5

Observação importante (exceção do Cobre) — por que o resultado direto acima muda:
  • Para alguns elementos de transição (como Cobre), a configuração observada experimentalmente difere da que se obtém simplesmente aplicando a ordem 4s antes de 3d. Isso ocorre porque existe um ganho de estabilidade quando a subcamada 3d fica completamente preenchida ( 3d^{10}) — há ganhos de energia de emparelhamento e de troca que tornam energeticamente favorável mover um elétron do 4s para o 3d.
  • Assim, em vez da configuração “esperada” 4s^2\,3d^9, o cobre estabiliza em 4s^1\,3d^{10}. Em palavras simples: um elétron do 4s passa para o 3d para completar o 3d, e isso reduz a energia total do átomo.

Passo 6

Resumo didático do porquê aceitar a exceção na prova:
  • Na prova, se aparecer uma questão pedindo a configuração do Cobre no estado fundamental, você deve lembrar dessa exceção e escrever a configuração com 3d^{10} e 4s^1, não 4s^2\,3d^9.
  • Uma forma prática de justificar em poucas palavras (se pedir justificativa): “configuração estabiliza em 3d^{10}\,4s^1 porque um 3d totalmente preenchido tem menor energia, então um elétron do 4s é deslocado para 3d.”

Resposta

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

Exercícios relacionados