Dê a configuração esperada para o estado fundamental de cada um dos seguintes íons:
\mathrm{Pb}^{2+}

Passo 1

O que o enunciado pede: dar a configuração eletrônica esperada para o estado fundamental do íon \mathrm{Pb}^{2+}. Informação dada implicitamente: o átomo de chumbo ( \mathrm{Pb}) tem número atômico Z=82. Não há outras informações faltando.

Passo 2

Qual é o número de elétrons no íon pedido? O chumbo neutro tem Z=82 elétrons. O íon \mathrm{Pb}^{2+} perdeu 2 elétrons, portanto o número de elétrons do íon é
82-2=80.
Vou usar isso para checar a configuração ao final.

Passo 3

Revisão das regras importantes (explicação didática):
  • Princípio de Aufbau (preenchimento): os elétrons ocupam orbitais de menor energia para maior energia. Para elementos pesados a sequência relevante ao redor do chumbo é, simplificando: \dots 5d,\,6s,\,4f,\,5d,\,6p. Na prática, depois do gás nobre xenônio vem a sequência 4f^{14}, 5d^{10}, 6s^2, 6p^{x}.
  • Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo 2 elétrons com spins opostos.
  • Regra de Hund: ao ocupar subníveis degenerados (por exemplo, os três orbitais p ou cinco d), os elétrons ocupam órbitais distintos com spins paralelos antes de emparelhar.
  • Regra para formação de cátions (íons positivos): quando se tira elétrons de um átomo, os elétrons são removidos primeiro dos orbitais com maior número quântico principal n (nível energético mais externo), mesmo que esses orbitais tenham l menor. Em outras palavras, para metais de valência ns and np, remove-se primeiro os elétrons do orbitais p ou s do nível mais externo n conforme a ocupação. Isso é diferente da ordem de preenchimento.
Vou aplicar tudo isso ao chumbo.

Passo 4

Configuração do chumbo neutro (passo-a-passo didático):
  • O gás nobre que precede é xenônio, cuja configuração corresponde a 54 elétrons e é denotada por [Xe].
  • Após [Xe] preenchem-se os orbitais da série 4f, 5d, 6s, 6p.
    Portanto, a configuração eletrônica do chumbo neutro é
\mathrm{Pb}:\;[Xe]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}\,6p^{2}.
Explicando cada bloco: [Xe] corresponde a 54 elétrons; 4f^{14} adiciona 14 (total 68); 5d^{10} adiciona 10 (total 78); 6s^{2} adiciona 2 (total 80); 6p^{2} adiciona 2 (total 82), conferindo Z=82.

Passo 5

Aplicando a regra de remoção de elétrons para formar \mathrm{Pb}^{2+}:
  • Os elétrons a remover são os dois mais externos, ou seja, aqueles com maior n. No chumbo neutro os orbitais com maior n ocupados são 6p e 6s, com ocupação 6p^{2} e 6s^{2}.
  • Seguimos a regra: removemos primeiro os elétrons do orbital com maior n — aqui ambos são n=6, então consideramos o que tem maior energia entre 6p e 6s. Na prática os elétrons 6p são removidos antes dos 6s.
  • Portanto, ao tirar 2 elétrons, os dois vêm do subnível 6p, que passa de 6p^{2} para 6p^{0} (vazio). O 6s^{2} permanece intacto.

Passo 6

Verificação por contagem de elétrons:
  • Começamos com [Xe] = 54.
  • Somando 4f^{14} temos 68.
  • Somando 5d^{10} temos 78.
  • Somando 6s^{2} temos 80, que é exatamente o número de elétrons do íon \mathrm{Pb}^{2+} (veja Passo 2). Isso confirma que a remoção dos dois elétrons de 6p está correta.

Passo 7

Comentário químico (didático e motivador):
  • Esse resultado está alinhado com o chamado “efeito do par inerte”: os elétrons 6s tendem a ficar mais fortemente ligados ao núcleo em elementos pesados devido a efeitos relativísticos, por isso a oxidação +2 é comum e deixa o par 6s^2 intacto. Não precisa decorar isso agora, mas é uma boa justificativa física para o que acabamos de fazer.
  • Você fez bem em ver passo-a-passo: identificar Z, escrever a configuração do átomo neutro, aplicar a regra de remoção por maior n, e conferir pela contagem de elétrons.

Resposta

[Xe]\,4f^{14}\,5d^{10}\,6s^{2}

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