4- (Atkins 2007) Dê a configuração esperada para o estado fundamental de cada um dos seguintes íons: \mathrm{Tl}^{3+}
Passo 1
O enunciado pede: determinar a configuração eletrônica esperada para o estado fundamental do íon \mathrm{Tl}^{3+}.
Informações dadas/implicadas pelo enunciado: o átomo é tálio ionizado três vezes (carga +3), ou seja, começamos de um átomo neutro de tálio e removemos três elétrons.
Passo 2
Identificar o número atômico do tálio para saber quantos elétrons tem o átomo neutro.
O número atômico do tálio é \;Z=81\;, portanto o átomo neutro tem \;81\; elétrons. O íon \mathrm{Tl}^{3+} terá \;81-3=78\; elétrons.
Passo 3
Escrever a configuração eletrônica do átomo neutro e explicar a notação usada.
Usamos a regra de Aufbau (preenchimento das camadas na ordem energética usual) e a notação de gás nobre para abreviar os elétrons internos. A configuração do átomo neutro de tálio pode ser escrita como \mathrm{Tl}:\;[\mathrm{Xe}]\,4f^{14}5d^{10}6s^{2}6p^{1}.
Aqui [\mathrm{Xe}] representa a configuração do xenônio (54 elétrons). Depois vêm os orbitais de camada mais externa: 4f^{14}, 5d^{10}, 6s^{2} e 6p^{1}.
Passo 4
Explicar a regra de remoção de elétrons ao formar cátions e aplicar ao caso.
Regra prática importante: ao formar cátions, removemos primeiro os elétrons com maior número quântico principal n (isto é, da camada mais externa), mesmo que na ordem de preenchimento esses orbitais tenham sido ocupados antes ou depois de outros. Em particular, para elementos de blocos s e p, os elétrons do nível n mais alto (aqui n=6) são removidos antes dos elétrons dos subníveis d ou f de níveis com n menor.
No tálio neutro os elétrons de mais alta energia pertencem aos orbitais 6p^{1} e 6s^{2} (todos com n=6). Para formar \mathrm{Tl}^{3+} removemos três elétrons seguindo essa regra: primeiro o elétron do 6p e depois os dois elétrons do 6s. Após remover esses três, não restam elétrons no nível n=6.
Passo 5
Fazer a remoção explícita e checar o número de elétrons resultante.
Removendo os elétrons indicados da configuração neutra:
Contagem de elétrons: [\mathrm{Xe}] tem 54, 4f^{14} soma 14 e 5d^{10} soma 10; total 54+14+10=78, que confere com \;81-3=78\;.
Passo 6
Comentário didático final e observação sobre estabilidade.
A configuração [\mathrm{Xe}]\,4f^{14}5d^{10} corresponde a subníveis 4f e 5d completamente preenchidos — arranjos com subníveis completos costumam ser particularmente estáveis. Portanto é a configuração de menor energia (estado fundamental) esperada para \mathrm{Tl}^{3+}.