Dê a configuração eletrônica do estado fundamental e o número de elétrons desemparelhados do seguinte íon:
\mathrm{Si}^{4+};

Passo 1

O enunciado dá o íon \mathrm{Si}^{4+} e pede duas coisas:
  • A configuração eletrônica do estado fundamental desse íon.
  • O número de elétrons desemparelhados nesse estado.
Informações relevantes fornecidas ou necessárias (que vou usar mais adiante):
  • O símbolo é \mathrm{Si}^{4+}.
  • É preciso saber o número atômico do silício (número de prótons), que é Z=14.
  • O íon \mathrm{Si}^{4+} tem carga +4, isto é, perdeu quatro elétrons em relação ao átomo neutro.

Passo 2

Conceitos e regras que vou usar (explicados de forma didática):
  • Cada átomo neutro tem Z elétrons. Um íon com carga positiva +q tem Z-q elétrons.
  • Ordem de preenchimento (princípio de Aufbau, de forma prática): os elétrons ocupam orbitais em ordem de energia crescente. Para os níveis baixos que aqui importam, a ordem útil é
1s < 2s < 2p < 3s < 3p.
  • Capacidade dos orbitais:
    • um orbital s pode conter até 2 elétrons;
    • um conjunto de orbitais p (três orbitais p) pode conter até 6 elétrons.
  • Regras de ocupação:
    • Princípio de Pauli: cada orbital comporta no máximo 2 elétrons com spins opostos.
    • Regra de Hund (para orbitais degenerados, como os três 2p): antes de emparelhar, coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos.
  • Ordem de remoção de elétrons ao formar cátions (importante ao passar de átomo neutro para íon): para elementos do bloco principal (como o silício), remove-se primeiro os elétrons do maior número quântico principal n. Entre orbitais com o mesmo n, remove-se primeiro dos orbitais com maior momento angular orbital l (por exemplo, remove-se p antes de s quando ambos têm o mesmo n). Em outras palavras: ao formar cátions de Si, retira-se primeiro os elétrons de 3p, depois os de 3s.

Passo 3

Calcular quantos elétrons tem o íon \mathrm{Si}^{4+}.
  • O silício neutro tem Z=14 elétrons.
  • O íon \mathrm{Si}^{4+} perdeu 4 elétrons.
\text{nº de elétrons em }\mathrm{Si}^{4+} = 14 - 4 = 10.ºé

Passo 4

Escrever a configuração eletrônica do silício neutro (para ver de onde os elétrons são removidos).
  • Preenchendo pela ordem do Aufbau:
\text{Si (neutro)}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^2
(Verificação rápida: 2 + 2 + 6 + 2 + 2 = 14 elétrons.)

Passo 5

Determinar a configuração do íon removendo elétrons do átomo neutro, seguindo a regra de remoção:
  • Precisamos remover 4 elétrons do total.
  • Primeiro removem-se os elétrons do nível com maior n, aqui n=3. Entre 3p e 3s, remove-se primeiro de 3p (pois, entre orbitais do mesmo n, retira-se antes os de maior l).
  • Do neutro \,3s^2\,3p^2:
    • Removendo os 2 elétrons de 3p deixa 3p^0.
    • Ainda faltam remover 2 elétrons: removem-se os 2 elétrons de 3s, deixando 3s^0.
  • Sobram então somente os níveis preenchidos abaixo ( n=1 e n=2).

Passo 6

Escrever a configuração eletrônica final do estado fundamental de \mathrm{Si}^{4+} e interpretar.
\mathrm{Si}^{4+}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6
  • Isso corresponde à configuração eletrônica do neônio ( \mathrm{Ne}), um gás nobre com camada de valência completa.
  • Todos os orbitais ocupados estão completamente preenchidos — são pares de elétrons com spins opostos em cada orbital.

Passo 7

Determinar o número de elétrons desemparelhados.
  • Na configuração \,1s^2\,2s^2\,2p^6 todos os orbitais ocupados têm seus elétrons emparelhados.
  • Portanto o número de elétrons desemparelhados é 0.

Resposta

\mathrm{Si}^{4+}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6
0

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