Baseado na distribuição eletrônica das espécies químicas: V^+3, Ti^+2 e Ca , responda às questões:
a) Qual o número de elétrons desemparelhados em cada uma das espécies químicas?
b) Qual é o número de orbitai(s) vazio(s) em cada uma dos íons acima?
c) Indique os quatro números quânticos para o elétron de diferenciação do Ti^+2 :
d) Quais das espécies químicas: V^+3, Ti^+2 e Ca, são isoeletrônicas?
19. A tabela periódica é um arranjo tabular dos elementos químicos, ordenada por seu número atômico (número de prótons), configurações eletrônicas e propriedades químicas recorrentes. Esta ordenação mostra as tendências periódicas, como elementos com comportamentos semelhantes. De acordo com a disposição dos átomos da tabela periódica, agrupados de acordo com a localização do elétron de menor energia nos orbitais s, p, de f, quatro afirmações foram feitas:

Passo 1

Beleza, temos três espécies: V³⁺, Ti²⁺ e Ca. Precisamos:
  • descobrir quantos elétrons cada um tem e montar a configuração eletrônica;
  • a) contar os elétrons desemparelhados seguindo a regra de Hund;
  • b) achar quantos orbitais ficam vazios (na casca de valência);
  • c) dar os quatro números quânticos (n, l, mₗ, mₛ) do elétron de diferenciação do Ti²⁺;
  • d) ver quais são isoeletrônicas (mesmo nº de elétrons).
    O conteúdo é: configuração eletrônica, regras de Aufbau/Hund, números quânticos e isoeletronicidade.

Passo 2

Primeiro, quantos elétrons cada um tem?
  • V tem Z = 23, V³⁺ perdeu 3 elétrons ⇒ 23 – 3 = 20 e⁻
  • Ti tem Z = 22, Ti²⁺ perdeu 2 ⇒ 22 – 2 = 20 e⁻
  • Ca tem Z = 20, Ca neutro tem 20 e⁻
    Logo, todos têm 20 elétrons.
Configuração eletrônica de 20 e⁻
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ → isso é a configuração do gás nobre Argônio ([Ar]).
Mas atenção: para Ti²⁺ e V³⁺, removemos antes os elétrons 4s e depois 3d:
  • Ti²⁺: [Ar] 3d²
  • V³⁺: [Ar] 3d²
  • Ca: [Ar] 4s²

Passo 3

Regra de Hund: em orbitais de mesma energia (os 5 do 3d), cada elétron entra sozinho antes de emparelhar.
  • Ti²⁺ e V³⁺ têm 2 elétrons em 3d: eles vão ocupar dois orbitais diferentes, cada um com spin +½. Então são 2 elétrons desemparelhados.
  • Ca tem apenas 4s² (orbitais s só comportam 2 e estão emparelhados) e na camada n=3 todos os orbitais estão cheios ([Ar]). Portanto 0 desemparelhados.

Passo 4

Contamos só a camada de valência (onde pode acontecer química):
  • Ti²⁺ e V³⁺ → valência: 3d, 4s e 4p.
    • 3d tem 5 orbitais, 2 ocupados → 5 – 2 = 3 vazios
    • 4s tem 1 orbital, 0 ocupados → 1 – 0 = 1 vazio
    • 4p tem 3 orbitais, 0 ocupados → 3 – 0 = 3 vazios
    Total = 3 + 1 + 3 = 7 orbitais vazios.
  • Ca → valência: 4s e 4p
    • 4s: 1 orbital cheio (2 e⁻) → 0 vazios
    • 4p: 3 orbitais, 0 ocupados → 3 vazios
    Total = 3 orbitais vazios.

Passo 5

O elétron de diferenciação é o último que entra, ou seja, o 2º elétron em 3d.
Para um elétron em orbital 3d:
  • n = 3 (nível principal)
  • l = 2 (subnível d)
  • mₗ = valor de um dos orbitais d ainda livre na hora de preencher; seguindo ordem comum usamos mₗ = –1 para o 2º elétron (o primeiro foi em mₗ = –2)
  • mₛ = +½ (colocamos spin positivo antes de emparelhar)
Então:
n = 3, l = 2, mₗ = –1, mₛ = +½.

Passo 6

Isoeletrônicas são espécies com mesmo nº de elétrons. Aqui:
V³⁺ (20 e⁻), Ti²⁺ (20 e⁻) e Ca (20 e⁻) → todos têm 20 elétrons → são isoeletrônicas entre si (e com Ar).

Resposta

a) V³⁺: 2 desemparelhados; Ti²⁺: 2; Ca: 0
b) V³⁺: 7 orbitais vazios; Ti²⁺: 7; Ca: 3
c) elétron de diferenciação do Ti²⁺ → n = 3, l = 2, mₗ = –1, mₛ = +½
d) todas as três espécies são isoeletrônicas (têm 20 e⁻ cada)

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