Quais dos seguintes átomos nos estados fundamentais devem ser paramagnéticos:
\mathrm{Co}(\mathrm{Z}=27)

Passo 1

O enunciado pergunta quais dos átomos listados, no estado fundamental, devem ser paramagnéticos. O átomo dado é \mathrm{Co} com \mathrm{Z}=27. Informações relevantes que temos:
  • O número atômico é \mathrm{Z}=27, logo o átomo neutro tem 27 elétrons.
  • Precisamos decidir se o átomo, no estado fundamental, é paramagnético (tem elétrons desemparelhados) ou diamagnético (todos os elétrons pareados).
    A partir daqui vamos calcular a configuração eletrônica de \mathrm{Co} no estado fundamental e contar os elétrons desemparelhados.

Passo 2

O que significa ser paramagnético?
  • Um átomo é paramagnético se possuir pelo menos um elétron desemparelhado. Se todos os elétrons estiverem pareados, o átomo é diamagnético.
  • Regra física usada: cada orbital atômico pode comportar no máximo dois elétrons de spins opostos (Princípio de exclusão de Pauli). Portanto, “desemparelhado” significa que num orbital há apenas um elétron (não há o seu par com spin oposto).

Passo 3

Como determinar a configuração eletrônica (princípios que vamos usar):
  • Princípio de Aufbau: preenchimento das órbitas na ordem de energia (simplificada): 1s,\,2s,\,2p,\,3s,\,3p,\,4s,\,3d,\,4p,\dots.
  • Princípio de Hund: em orbitais degenerados (mesma energia, como os cinco orbitais d), devemos colocar primeiro um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de começar a emparelhar. Isso maximiza o número de elétrons desemparelhados.
  • Princípio de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos.

Passo 4

Preenchendo as camadas até o gás nobre anterior ( [Ar]):
  • Vamos somar os elétrons nas primeiras camadas:
    1s^2 2 elétrons (total 2)
    2s^2 2 elétrons (total 4)
    2p^6 6 elétrons (total 10)
    3s^2 2 elétrons (total 12)
    3p^6 6 elétrons (total 18)
    Portanto, os primeiros 18 elétrons formam o núcleo eletrônico do argônio, que escrevemos como [Ar].

Passo 5

Distribuindo os elétrons restantes:
  • O átomo neutro de \mathrm{Co} tem 27 elétrons. Subtraindo os 18 do [Ar] sobram 27-18=9 elétrons para preencher as próximas órbitas.
  • Pela ordem de energia, primeiro colocamos 2 elétrons em 4s: isso consome 2 elétrons e sobra 9-2=7.
  • Os 7 elétrons restantes ocupam os orbitais 3d.
    Logo a configuração eletrônica do cobalto (estado fundamental) é \([Ar]\,4s^2\,3d^7 ).

Passo 6

Agora precisamos contar os elétrons desemparelhados em 3d^7 usando a regra de Hund:
  • A subcamada 3d tem 5 orbitais disponíveis. Para 3d^7: primeiro colocamos um elétron em cada orbital (isso usa 5 elétrons, todos desemparelhados).
  • Restam 7-5=2 elétrons que devem ser adicionados e que necessariamente emparelham dois dos orbitais já ocupados. Cada emparelhamento reduz o número de elétrons desemparelhados em 1.
  • Começamos com 5 elétrons desemparelhados e emparelhamos 2 deles → número de elétrons desemparelhados = 5-2=3.
    Portanto, na distribuição de Hund para 3d^7 temos exatamente 3 elétrons desemparelhados.

Passo 7

Lembrete do passo teórico: se há pelo menos um elétron desemparelhado, o átomo é paramagnético. Aqui encontramos 3 elétrons desemparelhados na subcamada 3d do cobalto no estado fundamental.

Resposta

Co: paramagnético ( 3 elétrons desemparelhados)

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