Dê a configuração esperada para o estado fundamental de cada um dos seguintes íons:
Passo 1
O enunciado pede: "Dê a configuração esperada para o estado fundamental do íon
".
Informações fornecidas diretamente pelo enunciado: o átomo/íon a ser analisado é . Nada mais é dado na questão.
Informações fornecidas diretamente pelo enunciado: o átomo/íon a ser analisado é
Passo 2
Quantos elétrons tem
? Primeiro encontramos o número atômico do ferro:
. Um átomo neutro de ferro tem
elétrons. Como é um íon com carga
, ele perdeu dois elétrons, logo o número de elétrons é
Passo 3
Escrevendo a configuração eletrônica do ferro neutro: a maneira usual de escrever a configuração do ferro neutro é
Aqui
representa a configuração do argônio (camada interna de 18 elétrons). Observação importante (que precisamos usar para o íon): embora na construção da configuração se diga que o
é preenchido antes do
, ao formar cátions os elétrons do
são removidos antes dos do
. Em outras palavras, em íons o subnível
fica mais ligado (menor energia) que o
, então os elétrons do
saem primeiro.
Passo 4
Removendo dois elétrons (do
) para formar
: tiramos os dois elétrons do
, ficando
Portanto a configuração de elétrons (camadas ocupadas) do íon
é
.
Passo 5
Agora vamos identificar o estado termal (termo espectroscópico) do estado fundamental — isto dá informação sobre spin total
, momento orbital total
e momento total
. Vou aplicar as regras de Hund de maneira prática e bem explicada.
Regra de Hund 1 (maximizar o spin): colocamos os elétrons de forma a ter o maior número possível de spins paralelos (ou seja, o maior número possível de elétrons desemparelhados).
Regra de Hund 2 (para mesma multiplicidade): maximize o momento orbital total .
Regra de Hund 3 (spin-órbita): para cascas menos da metade preenchidas escolhe-se o menor ; para cascas mais da metade preenchidas escolhe-se o maior
.
Regra de Hund 2 (para mesma multiplicidade): maximize o momento orbital total
Regra de Hund 3 (spin-órbita): para cascas menos da metade preenchidas escolhe-se o menor
Primeiro calculemos o spin total
.
Passo 6
Determinar
(número de elétrons desemparelhados) para
: imagine os cinco orbitais
com números magnéticos
. Pela regra de Hund, para maximizar o spin colocamos um elétron em cada orbital até conseguirmos, todos com spins paralelos, e só então emparelhamos. Para
elétrons a ocupação “máxima de spins paralelos” será: cinco elétrons em cinco orbitais (todos com spin para cima) e o sexto elétron emparelha um desses. Assim o número de elétrons desemparelhados é
. Portanto
A multiplicidade de spin é
ou seja, multiplicidade quinteto (
…).
Passo 7
Determinar
(momento orbital total). Há duas formas práticas: (a) trabalhar diretamente com as ocupações dos
somando os
para maximizar
e deduzir
, ou (b) usar a equivalência de “elétrons versus lacunas” para cascas mais que meio-cheias. Aqui uso uma explicação simples e clássica: a configuração
é equivalente, em termos de termos espectroscópicos, a
(porque
lacunas), e os termos de
são os mesmos que de
. Então calculemos para
(mais fácil visualizar).
Para
, maximizando o spin colocamos quatro elétrons com spins paralelos nos orbitais com maiores valores absolutos de
possíveis: uma ocupação eficaz é
(todos com spin paralelo). Somando esses
obtemos
Um
máximo de
corresponde a
. O valor
é identificado pelo termo espectroscópico letra
(lembre:
,
,
,
, …). Então o momento orbital total é
, o que dá a parte orbital
.
Juntando com a multiplicidade encontrada antes, o termo é
Passo 8
Determinar
pelo terceiro regra de Hund: como a casca
está mais que meio preenchida (
), o estado fundamental tem o maior
possível, isto é
Portanto o nível fundamental completo (termo com
) é