2A. 22 Dê a configuração eletrónica do estado fundamental e o número de elétrons 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.
    A única informação explícita é o símbolo do íon: \mathrm{Si}^{4+}.

Passo 2

Identificar quantos elétrons tem o átomo neutro de silício antes de formar o íon. O número atómico do silício é Z=14, ou seja, um átomo neutro de silício tem 14 elétrons. A configuração electrónica do átomo neutro é obtida preenchendo orbitais na ordem de menor para maior energia (princípio de Aufbau): primeiro 1s, depois 2s, 2p, 3s e 3p. Assim, para o silício neutro:
\text{Si (neutro)}:\;1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{2},
que soma 2+2+6+2+2=14 elétrons, batendo com Z=14.

Passo 3

Explicar como se forma o íon \mathrm{Si}^{4+}. Um íon com carga 4+ significa que perdeu 4 elétrons em relação ao átomo neutro. Regra prática para remoção de elétrons em catiões: retira-se primeiro dos orbitais com maior número quântico principal n (mais externos), independentemente de serem s ou p. No silício, os elétrons de maior n estão em n=3: os orbitais 3p e 3s. Portanto devemos remover 4 elétrons dos orbitais do nível n=3.

Passo 4

Remoção explícita dos 4 elétrons: o átomo neutro tem 3p^{2} e 3s^{2}. Removendo 2 elétrons do 3p e 2 do 3s (total 4) obtemos:
\mathrm{Si}^{4+}:\;1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}.
Este arranjo tem todos os orbitais completamente preenchidos no nível n=1 e n=2.

Passo 5

Contar os elétrons desemparelhados. Um elétron está desemparelhado quando ocupa sozinho um orbital (sem um outro elétron com spin oposto). Na configuração \,1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\, todos os orbitais ocupados têm dois elétrons emparelhados (o subnível 2p^{6} tem os três orbitais p totalmente preenchidos com dois elétrons cada). Logo o número de elétrons desemparelhados é
0.

Passo 6

Observação final curta e encorajadora: \mathrm{Si}^{4+} é isoeletrônico com o gás nobre neônio, por isso tem configuração de gás nobre e nenhum elétron desemparelhado — um estado muito estável. Força aí, isso é um padrão que costuma cair fácil na prova!

Resposta

Configuração eletrónica: 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}
Elétrons desemparelhados: 0

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