2A.6 Dê a configuraçāo esperada para o estado fundamental de cada um dos seguintes ions:
\mathrm{Zr}^{4+};

Passo 1

O que o enunciado pede: dar a configuração eletrônica esperada, no estado fundamental, do íon \mathrm{Zr}^{4+}.
Informações relevantes dadas ou inferíveis imediatamente:
  • O elemento zircônio tem número atômico \,Z=40 (ou seja, 40 prótons).
  • O íon \mathrm{Zr}^{4+} significa que o átomo neutro perdeu 4 elétrons, portanto o número de elétrons do íon é \;40-4=36.

Passo 2

Lição rápida sobre como montar a configuração eletrônica (para quem não decorou tudo ainda):
  • Princípios usados: regra de Aufbau (preencher orbitais de menor energia para maior), princípio de Pauli (cada orbital acomoda no máximo 2 elétrons com spins opostos) e regra de Hund (ao preencher orbitais degenerados, colocar um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de parear).
  • Importante para metais de transição: na construção do átomo neutro muitas vezes o orbital (n)s é preenchido antes do (n-1)d (por exemplo, para zircônio os orbitais 5s tendem a ser ocupados antes do 4d).
Aplicando isso ao átomo neutro de zircônio:
  • O zircônio neutro ( Z=40) tem configuração eletrônica padrão:
\text{Zr (neutro): }[Kr]\,5s^{2}\,4d^{2}.
Aqui [Kr] representa a configuração do gás nobre criptônio com 36 elétrons, e em seguida vêm os elétrons dos níveis externos 5s^{2}4d^{2} que somam os 4 elétrons acima do núcleo fechado.

Passo 3

Regra prática para formar cátions de metais de transição (essencial para a prova):
  • Ao remover elétrons para formar íons positivos de metais de transição, os elétrons do orbital (n)s são geralmente removidos primeiro, antes dos elétrons do orbital (n-1)d.
  • Em outras palavras: embora em átomos neutros o 5s tenha sido preenchido antes do 4d, na ionização o 5s fica energeticamente mais alto e perde-se dele primeiro.
Exemplo ilustrativo (curto): se tivéssemos de formar \mathrm{Zr}^{2+} removeríamos primeiro os dois elétrons 5s^{2}, ficando com [Kr]\,4d^{2}. Isso mostra a ordem de perda.

Passo 4

Aplicando a remoção de elétrons para \mathrm{Zr}^{4+}:
  • Começamos da configuração do neutro [Kr]\,5s^{2}\,4d^{2}.
  • Removemos os elétrons em ordem: primeiro os 5s^{2} (dois elétrons), depois os dois elétrons do 4d^{2}.
  • Após remover 4 elétrons no total obtemos:
[Kr]\,5s^{0}\,4d^{0} \equiv [Kr].
  • Em termos de contagem: o íon fica com 36 elétrons, que é exatamente a configuração eletrônica do gás nobre criptônio [Kr].

Passo 5

Interpretação final e observação útil para a prova:
  • A configuração [Kr] é uma casca fechada de elétrons (gás nobre), portanto \mathrm{Zr}^{4+} não tem elétrons desemparelhados — isto implica que é diamagnético no estado fundamental.
  • Dica de memorização rápida: muitos cátions de metais de transição em estados de oxidação altos chegam a uma configuração de gás nobre ao perder tanto os elétrons ns quanto os d externos.

Resposta

\mathrm{Zr}^{4+}:\\ [Kr]

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