2A. 22 Dê a configuração eletrónica do estado fundamental e o número de elêrrons desemparelhados de cada um dos seguintes ions:
\mathrm{Bi}^{3+};

Passo 1

O que o enunciado pede: determinar a configuração eletrónica do estado fundamental e o número de elétrons desemparelhados do íon \mathrm{Bi}^{3+}.
Informações relevantes dadas / que precisamos identificar:
  • O elemento é o bismuto, \mathrm{Bi}.
  • O íon é \mathrm{Bi}^{3+} (perdeu 3 elétrons).
  • É preciso a configuração eletrónica no estado fundamental e contar os elétrons desemparelhados.

Passo 2

Primeiro encontro o número atômico de \mathrm{Bi}, porque preciso saber quantos elétrons o átomo neutro tem.
  • Número atômico do bismuto: Z=83.
    Portanto o átomo neutro de \mathrm{Bi} tem 83 elétrons.
    O íon \mathrm{Bi}^{3+} tem 83-3=80 elétrons.

Passo 3

Vou montar a configuração eletrónica do átomo neutro de \mathrm{Bi} para depois remover 3 elétrons. Relembre o princípio básico (Aufbau): os orbitais são preenchidos em ordem de energia crescente, normalmente representada por:
1s,\,2s,\,2p,\,3s,\,3p,\,4s,\,3d,\,4p,\,5s,\,4d,\,5p,\,6s,\,4f,\,5d,\,6p,\ldots
Também usamos a notação do gás nobre como atalho (mais prático).
O gás nobre que precede \mathrm{Bi} é [Xe], que representa 54 elétrons. A partir daí adicionamos os elétrons externos até 83. Preenchimento típico para elementos pesados como Bi é:
\mathrm{Bi}\\ (\text{neutro}) : [Xe]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}\,6p^{3}.
Verificação rápida da contagem:
54\\ (\text{do }[Xe]) + 14 + 10 + 2 + 3 = 83,
que coincide com Z=83. Então essa é a configuração do estado fundamental do átomo neutro.

Passo 4

Regra para formar cátions (remover elétrons): ao oxidar um átomo, removem-se elétrons dos orbitais com maior número quântico principal n primeiro (ou seja, do elétron mais externo), independentemente do subnível s,p,d,f. Assim, para \mathrm{Bi} os orbitais com maior n são os de n=6: 6s e 6p. Entre esses, os elétrons do 6p são removidos antes dos do 6s porque o 6p está em energia ligeiramente mais alta e é o mais externo.
Portanto, para obter \mathrm{Bi}^{3+} removem-se os três elétrons do subnível 6p (o 6p^{3} do átomo neutro).

Passo 5

Aplicando a remoção dos 3 elétrons do 6p:
\mathrm{Bi}^{3+}: [Xe]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}\,6p^{0},
ou, mais simplesmente,
\mathrm{Bi}^{3+}: [Xe]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}.
Também podemos verificar a contagem total de elétrons:
54 + 14 + 10 + 2 = 80,
que é o número correto para \mathrm{Bi}^{3+}.

Passo 6

Agora conto os elétrons desemparelhados. Relembre as regras rápidas:
  • Subníveis preenchidos completamente (como s^2,\\ p^6,\\ d^{10},\\ f^{14}) têm todos os elétrons pareados.
  • Em subníveis parcialmente preenchidos, usa-se a regra de Hund: antes de emparelhar, coloca-se um elétron em cada orbital disponível com spins paralelos; só depois emparelham-se.
No caso de \mathrm{Bi}^{3+} a configuração relevante é [Xe]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}.
  • 4f^{14} está completo (14 é o máximo para f): todos pareados.
  • 5d^{10} está completo: todos pareados.
  • 6s^{2} tem dois elétrons no mesmo orbital 6s: estão emparelhados.
Logo, não há orbitais parcialmente preenchidos com elétrons desemparelhados. Portanto o número de elétrons desemparelhados é 0.

Passo 7

Conclusão física curta (útil na prova): como não há elétrons desemparelhados, \mathrm{Bi}^{3+} é diamagnético (repelido fraca/nenhuma magnetização externa), mas a questão pediu somente configuração e número de desemparelhados.

Resposta

\mathrm{Bi}^{3+}:\\ [Xe]\;4f^{14}\;5d^{10}\;6s^{2}
Número de elétrons desemparelhados: 0

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