11- Escreva as configurações eletrônicas para os seguintes íons: \mathrm{Ga}^{+} ; \mathrm{Cr}^{3+} ; \mathrm{Zn}^{2+} ; \mathrm{Ag}^{+}.

Passo 1

O que o enunciado pede e o que temos: escrever as configurações eletrônicas dos íons \mathrm{Ga}^{+}, \mathrm{Cr}^{3+}, \mathrm{Zn}^{2+} e \mathrm{Ag}^{+}. Para cada íon preciso saber quantos elétrons ele tem e qual a configuração eletrônica do átomo neutro (ou a configuração comumente aceita quando há exceções), e então remover elétrons conforme a carga positiva do íon. Dados relevantes que vou usar (números atômicos):
  • Z(\mathrm{Ga})=31 → elétrons em \mathrm{Ga}^{+} : 31-1=30.
  • Z(\mathrm{Cr})=24 → elétrons em \mathrm{Cr}^{3+} : 24-3=21.
  • Z(\mathrm{Zn})=30 → elétrons em \mathrm{Zn}^{2+} : 30-2=28.
  • Z(\mathrm{Ag})=47 → elétrons em \mathrm{Ag}^{+} : 47-1=46.

Passo 2

Regras e conceitos que vou usar (explicação didática e curta):
  • Ordem de preenchimento (Aufbau) típica para níveis relevantes: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, …
    Isso significa que, ao construir um átomo neutro, costuma-se colocar elétrons seguindo essa ordem.
  • Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spin oposto.
  • Regra de Hund: em subníveis degenerados (como 3p, 3d), preencher primeiro com spins paralelos antes de emparelhar.
  • Ao formar cátions (remover elétrons), para elementos de transição e próximos, os elétrons do orbital s de camada externa são geralmente removidos antes dos elétrons d. Em outras palavras, embora 4s se encha antes de 3d em átomos neutros, ao ionizar primeiro saem os elétrons 4s, depois os 3d.
  • Há exceções notáveis na configuração dos átomos neutros: por exemplo \mathrm{Cr} e \mathrm{Ag} preferem configurações com d meio-cheio ou cheio; estas serão explicitadas ao tratar \mathrm{Cr}^{3+} e \mathrm{Ag}^{+}.

Passo 3

Resolvendo \mathrm{Ga}^{+}.
  • Átomo neutro de gálio: Z(\mathrm{Ga})=31. Configuração neutra conhecida:
    \mathrm{Ga}:\\ [Ar]\\\ 4s^{2}\\\ 3d^{10}\\\ 4p^{1}.
    (é comum escrever os subsídios de d antes do s: [Ar]\\\ 3d^{10}\\\ 4s^{2}\\\ 4p^{1}.)
  • Íon \mathrm{Ga}^{+} tem 30 elétrons (tirou 1 elétron). O elétron removido sai do orbital de mais alta energia ocupado no átomo neutro, que é o 4p.
  • Portanto retirar o 4p^{1} e manter o resto:
    \mathrm{Ga}^{+}:\\ [Ar]\\\ 3d^{10}\\\ 4s^{2}.

Passo 4

Resolvendo \mathrm{Cr}^{3+}.
  • Átomo neutro de cromo: Z(\mathrm{Cr})=24. Importante exceção: a configuração neutra experimentalmente observada é
    \mathrm{Cr}:\\ [Ar]\\\ 4s^{1}\\\ 3d^{5},
    em vez da previsão simples [Ar]\\\ 4s^{2}\\\ 3d^{4}. Isso acontece porque um d^{5} meio-cheio tem estabilidade extra.
  • Íon \mathrm{Cr}^{3+} tem 21 elétrons (removendo 3 do neutro). Ao ionizar, retira-se primeiro o elétron 4s (se houver) e depois elétrons 3d.
    Partindo de [Ar]\\\ 4s^{1}\\\ 3d^{5}:
    • Retira 1 elétron do 4s^{1} → sobra [Ar]\\\ 3d^{5}.
    • Faltam remover mais 2 elétrons (pois é 3+ no total); removem-se dois elétrons do 3d: 3d^{5} 3d^{3}.
  • Resultado:
    \mathrm{Cr}^{3+}:\\ [Ar]\\\ 3d^{3}.

Passo 5

Resolvendo \mathrm{Zn}^{2+}.
  • Átomo neutro de zinco: Z(\mathrm{Zn})=30. Configuração neutra:
    \mathrm{Zn}:\\ [Ar]\\\ 4s^{2}\\\ 3d^{10}.
  • Íon \mathrm{Zn}^{2+} tem 30-2=28 elétrons; remover dois elétrons significa tirar primeiro os dois elétrons 4s^{2}.
  • Depois de remover 4s^{2}, sobra:
    \mathrm{Zn}^{2+}:\\ [Ar]\\\ 3d^{10}.
    (configuração de gás nobre relativa a 3d^{10} preenchido).

Passo 6

Resolvendo \mathrm{Ag}^{+}.
  • Átomo neutro de prata: Z(\mathrm{Ag})=47. Outra exceção conhecida: configuração neutra observada é
    \mathrm{Ag}:\\ [Kr]\\\ 5s^{1}\\\ 4d^{10},
    em vez de [Kr]\\\ 5s^{2}\\\ 4d^{9}; o d^{10} cheio traz estabilidade.
  • Íon \mathrm{Ag}^{+} tem 47-1=46 elétrons; remove-se um elétron, e esse será o elétron 5s (o elétron do orbital s externo).
  • Assim:
    \mathrm{Ag}^{+}:\\ [Kr]\\\ 4d^{10}.

Resposta

\mathrm{Ga}^{+}:\\ [Ar]\\\ 3d^{10}\\\ 4s^{2}
\mathrm{Cr}^{3+}:\\ [Ar]\\\ 3d^{3}
\mathrm{Zn}^{2+}:\\ [Ar]\\\ 3d^{10}
\mathrm{Ag}^{+}:\\ [Kr]\\\ 4d^{10}

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