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

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o íon \mathrm{Bi}^{3+}:
  • a configuração eletrónica no estado fundamental;
  • o número de elétrons desemparelhados.
Informações relevantes dadas ou inferíveis:
  • o número atômico do bismuto é Z=83 (logo o átomo neutro tem 83 elétrons);
  • o íon \mathrm{Bi}^{3+} tem carga +3, portanto perdeu 3 elétrons em relação ao átomo neutro.

Passo 2

Calcular quantos elétrons restam no íon:
  • elétrons do íon \mathrm{Bi}^{3+}: 83-3=80. Portanto o íon tem 80 elétrons.
Explicação didática (regras básicas que vou usar; sem pular etapas):
  • Para escrever a configuração de um átomo/íon no estado fundamental usa-se a ordem de preenchimento dos orbitais (princípio de Aufbau), respeitando também o princípio de exclusão de Pauli (cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos) e a regra de Hund para distribuição em orbitais degenerados.
  • Para formar íons positivos, os elétrons são removidos primeiro dos orbitais com maior número quântico principal n (ou seja, do nível de energia mais externo). No caso de elementos do bloco p, removem-se primeiros os elétrons do orbital np e depois os do ns, etc.

Passo 3

Construção da configuração eletrónica do átomo neutro e do íon (passo a passo):
  • A configuração do gás nobre xenônio (núcleo estável até Z=54) é usada como núcleo: [\mathrm{Xe}] corresponde a 54 elétrons.
  • O íon \mathrm{Bi}^{3+} tem 80 elétrons, então tem 80-54=26 elétrons além do núcleo [\mathrm{Xe}].
  • Preencher os orbitais adicionais seguindo a ordem de energia:
    • primeiro 4f comporta 14 elétrons: restam 26-14=12;
    • depois 5d comporta 10 elétrons: restam 12-10=2;
    • finalmente 6s comporta 2 elétrons: restam 2-2=0.
  • Portanto, a configuração do íon fica exatamente com esses subníveis preenchidos além de [\mathrm{Xe}].
Escrevendo a configuração resultante:
\mathrm{Bi}^{3+}:\\ [\mathrm{Xe}]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}
Observação didática adicional (por que não há 6p aqui):
  • O átomo neutro \mathrm{Bi} tem configuração [\mathrm{Xe}]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}\,6p^{3}.
  • Ao formar \mathrm{Bi}^{3+} removem-se três elétrons do nível mais externo 6p (os três elétrons 6p^{3}), ficando os 6s^{2} intactos — por isso a configuração acima.

Passo 4

Determinar o número de elétrons desemparelhados:
  • Subníveis preenchidos com um número par total de elétrons e com todas as orbitais ocupadas por pares não possuem elétrons desemparelhados.
  • Aqui os subníveis são 4f^{14}, 5d^{10} e 6s^{2}; todos estão totalmente preenchidos.
  • Logo não há elétrons com spin isolado.
Portanto o número de elétrons desemparelhados é 0.

Resposta

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

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