2A. 22 Dê a configuração eletrónica do estado fundamental e o número de elêrrons desemparelhados de cada um dos seguintes ions:
\mathrm{Si}^{4+};

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o íon \mathrm{Si}^{4+}:
  • a configuração eletrónica do estado fundamental;
  • o número de elétrons desemparelhados nessa configuração.
Informações relevantes (dados que vou usar):
  • O número atômico do silício é \,Z=14, portanto o átomo neutro de Si tem \,14 elétrons.
  • O íon \mathrm{Si}^{4+} tem perdido 4 elétrons, logo tem \,14-4=10 elétrons no total.

Passo 2

Vamos recordar regras básicas — tudo de forma prática para a prova:
  • Capacidade dos subníveis: o subnível s comporta no máximo \,2 elétrons, p comporta \,6, d comporta \,10 e assim por diante. (Isso vem dos números quânticos e do princípio de exclusão de Pauli.)
  • Ordem de preenchimento (princípio de Aufbau): preenche-se primeiro os orbitais de menor energia. Para elementos leves a ordem relevante é
1s\to 2s\to 2p\to 3s\to 3p\to 4s\to 3d\\ \dots
  • Regra de Hund (para orbitais degenerados, como os três 2p): os elétrons ocupam primeiro orbitais vazios com spins paralelos antes de emparelhar.
  • Regra de remoção de elétrons em íons (grupo principal): ao formar cátions, removem-se elétrons primeiro do nível com maior número quântico principal n (ou seja, do orbital mais externo). Para Si (nível n=3) removem-se elétrons de 3p e 3s antes dos níveis n=2.

Passo 3

Construindo a configuração eletrónica do átomo neutro de Si passo a passo (preenchendo pela ordem de energia):
  • Primeiro 1s: 1s^2 → consome 2 elétrons (restam 12).
  • Depois 2s: 2s^2 → consome 2 elétrons (restam 10).
  • Depois 2p: 2p^6 → consome 6 elétrons (restam 4).
  • Depois 3s: 3s^2 → consome 2 elétrons (restam 2).
  • Finalmente 3p: 3p^2 → consome os últimos 2 elétrons.
Logo, a configuração do Si (neutro) é
\mathrm{Si}:\;1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^2.

Passo 4

Formação do íon \mathrm{Si}^{4+}: remover 4 elétrons do átomo neutro. Pela regra de remoção (remoção do nível com maior n primeiro), tiram-se primeiro os elétrons do 3p e do 3s:
  • Retirar os 2 elétrons do 3p ( 3p^2 \to 3p^0).
  • Retirar os 2 elétrons do 3s ( 3s^2 \to 3s^0).
Após remover esses 4 elétrons, restam 10 elétrons distribuídos nos dois primeiros níveis. Assim a configuração do íon é
\mathrm{Si}^{4+}:\;1s^2\,2s^2\,2p^6.
Observação conceitual curta: essa configuração é idêntica à do gás nobre néon ( \mathrm{Ne}), diz-se que \mathrm{Si}^{4+} é isoeletrônico com \mathrm{Ne}.

Passo 5

Determinar o número de elétrons desemparelhados:
  • Na configuração \,1s^2\,2s^2\,2p^6 todos os subníveis 1s, 2s e 2p estão completamente preenchidos.
  • Um subnível completamente preenchido tem todos os elétrons emparelhados (cada orbital p contém 2 elétrons de spins opostos).
Portanto o número de elétrons desemparelhados em \mathrm{Si}^{4+} é \,0.

Resposta

\mathrm{Si}^{4+}:\;1s^2\,2s^2\,2p^6
Número de elétrons desemparelhados: 0

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