2A. 20 Dé a configuração eletrônica do estado fundamental e o número de elétrons desemparelhados de cada um dos seguintes ions:
\mathrm{Sc}^{3+};

Passo 1

O enunciado pede para cada íon: (i) a configuração eletrônica no estado fundamental; (ii) o número de elétrons desemparelhados.
Dados relevantes (extraídos do enunciado e da tabela periódica):
  • Íon considerado: \mathrm{Sc}^{3+}.
  • Número atômico do Escândio: Z(\mathrm{Sc})=21. Portanto, o átomo neutro tem 21 elétrons.
  • Um íon \mathrm{Sc}^{3+} tem 21-3=18 elétrons.

Passo 2

O que significa “estado fundamental” e quais regras vamos usar (aula rápida e prática):
  • Estado fundamental: é a distribuição dos elétrons nos orbitais com a menor energia possível, obedecendo Pauli, Aufbau e Hund.
  • Princípio de Aufbau (ordem de preenchimento): os elétrons ocupam orbitais de energia crescente. Uma ordem prática útil (simplificada) é: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < \dotsObserve que, ao formar cátions, a ordem efetiva de remoção de elétrons costuma tirar primeiro os elétrons do orbital com maior número quântico principal n. Por isso, ao ionizar metais de transição, geralmente se removem primeiro elétrons 4s e depois 3d.
  • Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos.
  • Regra de Hund: dentro de um subnível (por exemplo, 3d), os elétrons ocupam orbitais distintos com spins paralelos antes de emparelhar.

Passo 3

Configuração eletrônica do átomo neutro de \mathrm{Sc} (passo intermediário importante):
  • Como Z(\mathrm{Sc})=21, a configuração do átomo neutro é \mathrm{Sc}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{1}.Aqui [\mathrm{Ar}] representa a configuração do gás nobre argônio: [\mathrm{Ar}] = 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6},que contém 18 elétrons.

Passo 4

Como obter a configuração de \mathrm{Sc}^{3+} a partir de \mathrm{Sc}:
  • Para formar \mathrm{Sc}^{3+} remove-se 3 elétrons do átomo neutro. Seguindo a regra prática para metais de transição, remove-se primeiro os elétrons do orbital com maior n, ou seja, os 4s, e depois o 3d.
  • Remoção passo a passo: \mathrm{Sc}: [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{1}retirar dois elétrons de 4s: \longrightarrow [\mathrm{Ar}]\,4s^{0}\,3d^{1} = [\mathrm{Ar}]\,3d^{1}retirar mais um elétron (o terceiro) do 3d: \longrightarrow [\mathrm{Ar}]\,3d^{0} = [\mathrm{Ar}].
  • Assim sobra a configuração correspondente a 18 elétrons, exatamente a configuração do argônio.

Passo 5

Escrevendo a configuração final e verificando consistência:
  • Configuração eletrônica no estado fundamental de \mathrm{Sc}^{3+}: \mathrm{Sc}^{3+}:\\ [\mathrm{Ar}] = 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}.
  • Isso confere com o fato de que \mathrm{Sc}^{3+} tem 18 elétrons (mesmo número do [\mathrm{Ar}]).

Passo 6

Número de elétrons desemparelhados:
  • Um átomo/íon com configuração [\mathrm{Ar}] tem todos os subníveis totalmente preenchidos até 3p: não há orbitais parcialmente ocupados. Portanto não há elétrons desemparelhados.
  • Número de elétrons desemparelhados em \mathrm{Sc}^{3+}: 0.

Resposta

\mathrm{Sc}^{3+}:\\ [\mathrm{Ar}] ; elétrons desemparelhados: 0

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