2A. 19 Dê a configuração eletrônica do estado fundamental e o número de elétrons desemparelhados de cada um dos seguintes ions:
\mathrm{Ni}^{3+}.

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o íon \mathrm{Ni}^{3+}: (a) a configuração eletrônica do estado fundamental e (b) o número de elétrons desemparelhados. Informações relevantes que já sabemos (não estou pedindo nada, só listando):
  • O número atômico do níquel é 28.
  • O íon \mathrm{Ni}^{3+} tem três elétrons a menos que o átomo neutro, ou seja tem 28-3=25 elétrons.

Passo 2

Vou lembrar como se escreve a configuração eletrônica do átomo neutro de níquel ( \mathrm{Ni}) no estado fundamental. Pela regra de Aufbau (preenchimento de orbitais) e ordem prática de energia para os elétrons, a configuração do níquel neutro é
\mathrm{Ni}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{8}.
Aqui [\mathrm{Ar}] representa o gás nobre argônio com 18 elétrons (camada interna), 4s^{2} significa dois elétrons no orbital 4s e 3d^{8} significa oito elétrons nos orbitais 3d.
Explicação rápida do porquê disso: ao preencher os orbitais do início, o orbital 4s normalmente recebe elétrons antes do 3d, então o 4s fica com 2 elétrons e o 3d com 8 no níquel neutro.

Passo 3

Agora: como formamos cátions a partir do átomo neutro? Retiramos elétrons. A regra prática para metais de transição é que, ao ionizar, os elétrons do orbital 4s são removidos antes dos do 3d, mesmo que 4s tenha sido preenchido antes. Em palavras simples: embora o 4s seja preenchido primeiro, quando o átomo perde elétrons o 4s fica energeticamente acima do 3d e é esvaziado primeiro.
Portanto, para \mathrm{Ni}^{3+} devemos tirar três elétrons do [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{8} retirando primeiro os dois de 4s e depois mais um de 3d.

Passo 4

Aplicando a remoção:
  • Retirando os 2 elétrons de 4s: [\mathrm{Ar}]\,4s^{0}\,3d^{8} (ou simplesmente [\mathrm{Ar}]\,3d^{8} nesse passo intermediário).
  • Retirando mais 1 elétron de 3d: [\mathrm{Ar}]\,3d^{7}.
Portanto a configuração eletrônica do íon \mathrm{Ni}^{3+} no estado fundamental é
[\mathrm{Ar}]\,3d^{7}.

Passo 5

Agora vamos determinar o número de elétrons desemparelhados em [\mathrm{Ar}]\,3d^{7}. Para isso usamos a regra de Hund: ao distribuir elétrons em orbitais de mesma energia (os cinco orbitais d), primeiro coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos (maximizar o spin total), e só depois se comecem a emparelhar.
Distribuição de 7 elétrons nos 5 orbitais d seguindo Hund:
  • Colocar 1 elétron em cada um dos 5 orbitais: já temos 5 elétrons, todos desemparelhados.
  • Restam 2 elétrons que devem formar pares em dois desses orbitais já ocupados.
Assim a ocupação por orbital fica (em número de elétrons): 2,2,1,1,1.
Contando os spins não pareados, há 3 orbitais com apenas um elétron cada, logo existem 3 elétrons desemparelhados.

Passo 6

Resumo didático rápido para você lembrar na prova:
  • Escreva a configuração do átomo neutro (para \mathrm{Ni}: [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{8}).
  • Para cátions de metais de transição, remova primeiro os elétrons 4s, depois os 3d.
  • Conte os elétrons restantes nos d e aplique Hund para achar quantos ficam desemparelhados (distribua um em cada orbital até preencher os cinco, depois emparelhe).
Força aí! Se quiser, posso desenhar o diagrama de orbitais d com setas para ficar ainda mais claro.

Resposta

[\mathrm{Ar}]\,3d^{7}
3 elétrons desemparelhados

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