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
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
.
Informações dadas / necessárias e o que precisamos entregar:
Informações dadas / necessárias e o que precisamos entregar:
- O átomo tem
elétrons (porque ). - 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:
- Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo 2 elétrons com spins opostos. Uma subcamada
tem 1 orbital, tem 3 orbitais, tem 5 orbitais, tem 7 orbitais. Assim a capacidade máxima de uma subcamada é dada por
onde
é o quantum azimutal (
para
,
para
,
para
).
- Regra de Hund: ao ocupar orbitais degenerados (por exemplo, os três orbitais
ou os cinco orbitais ), primeiro colocamos um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar.
Vou usar essas regras para preencher os
elétrons.
Passo 3
Capacidades das subcamadas que vamos usar (explicando cada número):
-
comporta elétrons. -
comporta elétrons. -
comporta elétrons (3 orbitais × 2). -
comporta elétrons. -
comporta elétrons. -
comporta elétrons. -
comporta elétrons (5 orbitais × 2).
Essas capacidades derivam da fórmula
e do número de orbitais por tipo
.
Passo 4
Preenchimento passo a passo, debitando elétrons do total
:
- Colocamos
elétrons em : sobra . - Colocamos
elétrons em : sobra . - Colocamos
elétrons em : sobra . - Colocamos
elétrons em : sobra . - Colocamos
elétrons em : sobra . - Colocamos
elétrons em : sobra . - Os
elétrons restantes entram na subcamada : sobra .
Se escrevermos a ocupação que obtivemos com essa sequência de preenchimento, chegamos ao conjunto de ocupações:
. 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
antes de . Isso ocorre porque existe um ganho de estabilidade quando a subcamada fica completamente preenchida ( ) — há ganhos de energia de emparelhamento e de troca que tornam energeticamente favorável mover um elétron do para o . - Assim, em vez da configuração “esperada”
, o cobre estabiliza em . Em palavras simples: um elétron do passa para o para completar o , 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
e , não . - Uma forma prática de justificar em poucas palavras (se pedir justificativa): “configuração estabiliza em
porque um totalmente preenchido tem menor energia, então um elétron do é deslocado para .”