A configuração eletrônica (estrutura de um átomo) representa a maneira segundo a qual os estados eletrônicos são ocupados. Dê as configurações eletrônicas dos elementos a seguir e dê seu número de valência:
Bi (Bismuto)

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o elemento Bismuto (símbolo: Bi):
  • a configuração eletrônica;
  • o número de valência.
    Informação relevante que usamos (não fornecida no enunciado, mas necessária e disponível na Tabela Periódica): o número atômico do Bismuto é \,Z=83\, (logo o átomo tem 83 elétrons no estado fundamental).

Passo 2

Breve revisão das regras que vamos usar (pra você não se perder na prova):
  • Cada elétron ocupa um orbital descrito por três números quânticos; para montar a configuração usamos as regras de preenchimento (princípio de Aufbau), o princípio de exclusão de Pauli e a regra de Hund.
  • Capacidades máximas das subshells: s comporta 2 elétrons, p comporta 6, d comporta 10, f comporta 14.
  • Ordem usual de preenchimento (a que usaremos aqui): \,1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, \dots
  • Notação com gás nobre: podemos abreviar a parte interna da configuração usando o símbolo do gás nobre precedente entre colchetes; por exemplo [Xe] significa a configuração completa do xenônio ( 54 elétrons).
  • O termo “elétrons de valência” normalmente refere-se aos elétrons no nível mais externo (maior número quântico principal n) que participam de ligações químicas; para elementos do bloco p (como Bi) isso costuma ser os elétrons do n mais externo em s e p.

Passo 3

Vamos construir a configuração eletrônica de \,Z=83\, passo a passo, usando a abreviação por gás nobre para simplificar:
  • O gás nobre anterior ao Bismuto é o Xenônio, que tem 54 elétrons; escrevemos isso como [Xe]. Portanto sobra preencher 83-54 elétrons além de [Xe]. 83 - 54 = 29Então temos 29 elétrons a distribuir após [Xe].
  • Preenchemos seguindo a ordem de energia:
    • Primeiro vem 6s com até 2 elétrons: preenchemos 6s^{2}. Restam 29-2=27 elétrons.
    • Em seguida enche-se 4f com até 14: usamos 4f^{14}. Restam 27-14=13 elétrons.
    • Depois vem 5d com até 10: usamos 5d^{10}. Restam 13-10=3 elétrons.
    • Finalmente colocamos os 3 elétrons restantes em 6p: 6p^{3}. Restam 3-3=0.
  • Juntando tudo na forma abreviada por gás nobre, a configuração final é [Xe]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}\,6p^{3}.

Passo 4

Agora o número de valência (explicando direitinho o que isso significa, porque às vezes cai em prova com pegadinhas):
  • Para o conceito de elétrons de valência em elementos do bloco p, conta-se os elétrons no nível mais externo (maior n). No caso do Bismuto o maior nível preenchido é n=6, cujas ocupações são 6s^{2} e 6p^{3}.
  • Somando esses elétrons do nível n=6: 6s^{2}\Rightarrow 2\\ \text{elétrons},\qquad 6p^{3}\Rightarrow 3\\ \text{elétrons},ééportanto o total de elétrons de valência é 2+3=5.
  • Observação útil para a prova (não altere a resposta anterior): o Bismuto pertence ao grupo 15 da Tabela Periódica, por isso tem 5 elétrons de valência teoricamente disponíveis. Porém, quimicamente o Bismuto costuma apresentar os estados de oxidação +3 (mais comum, devido ao efeito do par inerte) e +5 (possível). Isso é uma nuance de química inorgânica que às vezes pedem como “valência” no sentido de estado de oxidação, mas aqui a contagem de elétrons de valência é 5.

Resposta

[Xe]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}\,6p^{3}
5 (elétrons de valência)

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