10- Faça a distribuição eletrônica abaixo:
{ }_{11} \mathrm{Na}^{+} \boldsymbol{\rightarrow} a) Quais(al) são cátions e quais são
{ }_{8} \mathrm{O}^{2-} \boldsymbol{\rightarrow} ânions?
{ }_{30} \mathrm{Zn}^{+2} \boldsymbol{\rightarrow} b) Quais são isoeletrônicos?

Passo 1

O enunciado nos dá três íons e pede duas coisas: (a) identificar quais são cátions e quais são ânions; (b) dizer quais pares são isoeletrônicos. As espécies fornecidas são _{11}\mathrm{Na}^{+}, _{8}\mathrm{O}^{2-} e _{30}\mathrm{Zn}^{+2}. Essas são todas as informações do enunciado; agora vamos resolver passo a passo.

Passo 2

Entender o que cada símbolo significa (contando elétrons): o número subescrito (por exemplo, em _{11}\mathrm{Na}^{+}) é o número atômico, isto é, o número de prótons. Num átomo neutro, número de elétrons = número de prótons. Para um íon, ajustamos o número de elétrons conforme a carga: um cátion ( +) tem elétrons a menos; um ânion ( -) tem elétrons a mais. Exemplo concreto:
  • Para _{11}\mathrm{Na}^{+}: Z=11. Átomo neutro tem 11 elétrons; o íon ^{+} perdeu 1 elétron, então tem 11-1=10 elétrons.
  • Para _{8}\mathrm{O}^{2-}: Z=8. Átomo neutro tem 8 elétrons; o íon ^{2-} ganhou 2 elétrons, então tem 8+2=10 elétrons.
  • Para _{30}\mathrm{Zn}^{+2}: Z=30. Átomo neutro tem 30 elétrons; o íon ^{2+} perdeu 2 elétrons, então tem 30-2=28 elétrons.

Passo 3

Revisão rápida do princípio que usamos para distribuir elétrons (muito útil na prova): a ordem de preenchimento de orbitais (princípio de Aufbau) costuma ser escrita como
1s,\;2s,\;2p,\;3s,\;3p,\;4s,\;3d,\;4p,\ldots
Significa que, ao construir a configuração eletrônica, preenchemos primeiro 1s, depois 2s, etc. Importante para cátions de metais de transição: embora 4s seja preenchido antes de 3d no átomo neutro, ao formar cátions os elétrons do 4s são removidos primeiro. Vou aplicar isso nos cálculos.

Passo 4

Vamos fazer a distribuição eletrônica de _{11}\mathrm{Na}^{+}. Já vimos no Passo 2 que esse íon tem 10 elétrons. A configuração de 10 elétrons segue preenchendo:
1s^2\;2s^2\;2p^6
Usamos frequentemente a notação com gás nobre para simplificar: os 10 elétrons correspondem ao gás nobre neônio, então escrevemos
[\mathrm{Ne}]
Comentário didático: escrever [\mathrm{Ne}] significa exatamente a configuração \,1s^2\,2s^2\,2p^6. Isso é muito prático na prova para comparar configurações.

Passo 5

Agora _{8}\mathrm{O}^{2-}. Do Passo 2 sabemos que tem 10 elétrons também. Portanto sua configuração eletrônica é idêntica à de 10 elétrons:
1s^2\;2s^2\;2p^6
ou, em notação de gás nobre,
[\mathrm{Ne}]
Observação didática: quando dois íons têm exatamente o mesmo número total de elétrons e a mesma distribuição em orbitais, dizemos que são isoeletrônicos (mesma configuração eletrônica).

Passo 6

Agora _{30}\mathrm{Zn}^{+2}. Passo a passo:
  • O átomo neutro de zinco ( Z=30) tem 30 elétrons. A configuração eletrônica do zinco neutro, usando notação com gás nobre, é
[\mathrm{Ar}]\;3d^{10}\;4s^{2}.
  • Ao formar o cátion ^{2+} removemos dois elétrons. Como expliquei no Passo 3, para metais de transição removemos primeiro os elétrons do orbital 4s. Retirando os 2 elétrons do 4s temos:
[\mathrm{Ar}]\;3d^{10}
Esse íon tem, como contado antes, 28 elétrons no total (os 18 do core [\mathrm{Ar}] mais 10 do 3d).

Passo 7

Resumo das configurações (para fixar na cabeça antes da resposta):
\_ {11}\mathrm{Na}^{+}:\;[\mathrm{Ne}]\;=\;1s^2\,2s^2\,2p^6
\_ {8}\mathrm{O}^{2-}:\;[\mathrm{Ne}]\;=\;1s^2\,2s^2\,2p^6
\_ {30}\mathrm{Zn}^{2+}:\;[\mathrm{Ar}]\,3d^{10}
Dica de prova: se duas espécies têm a mesma notação de gás nobre (mesmo número total de elétrons), elas são isoeletrônicas.

Passo 8

Responder as perguntas pedidas:
  • (a) Cátions são as espécies com carga positiva, ânions são as de carga negativa. Então:
    • Cátions: _{11}\mathrm{Na}^{+} e _{30}\mathrm{Zn}^{2+}.
    • Ânion: _{8}\mathrm{O}^{2-}.
  • (b) Isoeletrônicos: verificamos que _{11}\mathrm{Na}^{+} e _{8}\mathrm{O}^{2-} têm ambos 10 elétrons e configuração [\mathrm{Ne}], portanto são isoeletrônicos. _{30}\mathrm{Zn}^{2+} tem 28 elétrons e não é isoeletrônico com os outros dois.

Resposta

a) Cátions: \mathrm{Na}^+ e \mathrm{Zn}^{2+}. Ânion: \mathrm{O}^{2-}.
b) Isoeletrônicos: \mathrm{Na}^+ e \mathrm{O}^{2-}.

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