2A.6 Dê a configuraçāo esperada para o estado fundamental de cada um dos seguintes ions:
\mathrm{Os}^{3+};

Passo 1

O enunciado pede: dar a configuração eletrônica esperada para o estado fundamental do íon \mathrm{Os}^{3+}.
Informações relevantes que temos (valores numéricos vindos da tabela periódica/definição do elemento):
  • O número atômico do ósmio é Z=76.
  • Um átomo neutro de ósmio tem, portanto, 76 elétrons.
  • O íon \mathrm{Os}^{3+} tem 76-3=73 elétrons.
A partir disso precisamos fornecer a configuração eletrônica do estado fundamental desse íon.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar qual é a configuração eletrônica do ósmio neutro (contando níveis preenchidos até Z=76). Uma forma prática é partir do gás nobre anterior [Xe], que representa 54 elétrons, e adicionar os elétrons das camadas seguintes.
A configuração usualmente aceita para \mathrm{Os} neutro é
[ Xe ]\,4f^{14}\,5d^{6}\,6s^{2}.
Verificação por contagem: 54 (do [Xe]) +\;14 (do 4f) +\;6 (do 5d) +\;2 (do 6s) =76, que é o número de elétrons do átomo neutro.

Passo 3

Ao formar cátions a remoção de elétrons segue, em geral, a regra prática de que se retiram primeiro os elétrons com maior número quântico principal n. Assim, para os elementos de transição tardios, os elétrons 6s são removidos antes dos 5d.
Aplicando isso a \mathrm{Os}^{3+}:
  • Remover os 2 elétrons do 6s: 6s^{2}\to 6s^{0}.
  • Ainda falta remover mais 1 elétron (porque é {3+}): remove-se um elétron do 5d, transformando 5d^{6}\to 5d^{5}.
Portanto a configuração eletrônica do íon fica
[ Xe ]\,4f^{14}\,5d^{5}.
Checagem de elétrons: 54+14+5=73, que coincide com o número de elétrons do \mathrm{Os}^{3+}.

Passo 4

Para entender o estado fundamental (além da configuração) convém aplicar as regras de Hund para o subnível 5d^{5}, assim fica mais claro por que essa é a configuração de menor energia interna:
  • O subnível d tem 5 orbitais; com 5 elétrons cada um pode ocupar um orbital com spin paralelo (máxima multiplicidade), então o spin total é
S=\frac{5}{2},
ou seja multiplicidade 2S+1=6.
  • Para um arranjo denso e simétrico de d^{5} (meio-preenchido) o momento orbital total L resulta em L=0. Isso conduz ao termo espectroscópico ^6S.
  • Como L=0, o acoplamento spin-órbita dá J=S=\tfrac{5}{2}, então o estado fundamental termo-jazeiro é ^6S_{5/2}.
Essas considerações confirmam que o arranjo com cinco elétrons desemparelhados em 5d é o que segue as regras de Hund e dá o estado fundamental de menor energia para o íon livre.

Resposta

[Xe]\,4f^{14}\,5d^{5}
^6S_{5/2}

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