Quais dos seguintes átomos nos estados fundamentais devem ser paramagnéticos:
\mathrm{Co}(\mathrm{Z}=27)
\mathrm{Co}(\mathrm{Z}=27)
Passo 1
O enunciado pergunta quais dos átomos listados, no estado fundamental, devem ser paramagnéticos. O átomo dado é
com
. Informações relevantes que temos:
- O número atômico é
, logo o átomo neutro tem 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 deno 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):
. - Princípio de Hund: em orbitais degenerados (mesma energia, como os cinco orbitais
), 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 (
):
- Vamos somar os elétrons nas primeiras camadas:
→ elétrons (total )
→ elétrons (total )
→ elétrons (total )
→ elétrons (total )
→ elétrons (total )
Portanto, os primeiroselétrons formam o núcleo eletrônico do argônio, que escrevemos como .
Passo 5
Distribuindo os elétrons restantes:
- O átomo neutro de
tem elétrons. Subtraindo os do sobram elétrons para preencher as próximas órbitas. - Pela ordem de energia, primeiro colocamos
elétrons em : isso consome elétrons e sobra . - Os
elétrons restantes ocupam os orbitais .
Logo a configuração eletrônica do cobalto (estado fundamental) é ).
Passo 6
Agora precisamos contar os elétrons desemparelhados em
usando a regra de Hund:
- A subcamada
tem orbitais disponíveis. Para : primeiro colocamos um elétron em cada orbital (isso usa elétrons, todos desemparelhados). - Restam
elétrons que devem ser adicionados e que necessariamente emparelham dois dos orbitais já ocupados. Cada emparelhamento reduz o número de elétrons desemparelhados em . - Começamos com
elétrons desemparelhados e emparelhamos deles → número de elétrons desemparelhados = .
Portanto, na distribuição de Hund paratemos exatamente elétrons desemparelhados.
Passo 7
Lembrete do passo teórico: se há pelo menos um elétron desemparelhado, o átomo é paramagnético. Aqui encontramos
elétrons desemparelhados na subcamada
do cobalto no estado fundamental.
Resposta
Co: paramagnético (
elétrons desemparelhados)