Dê a configuração esperada para o estado fundamental do seguinte íon:
\mathrm{Tl}^{3+}.

Passo 1

O enunciado pede a configuração eletrônica do estado fundamental do íon \mathrm{Tl}^{3+}.
Informações relevantes (que vou usar):
  • O número atômico do tálio é Z=81. Isso significa que um átomo neutro de tálio tem 81 elétrons.
  • O íon \mathrm{Tl}^{3+} tem 3 elétrons a menos que o átomo neutro, logo tem 81-3=78 elétrons.
    A partir daqui vou determinar como esses 78 elétrons ocupam os orbitais no estado fundamental.

Passo 2

Rápida revisão didática (regras para montar configurações):
  • Aufbau: os elétrons ocupam os orbitais de menor energia para o maior seguindo a ordem usual (ex.: \ldots 4f \to 5d \to 6s \to 6p).
  • Princípio de Pauli: cada orbital suporta no máximo dois elétrons com spins opostos.
  • Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados, primeiro coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos.
    Observação importante para íons: ao formar cátions a remoção de elétrons ocorre primeiro dos orbitais com maior número quântico principal n (maior camada), mesmo que na construção neutra alguns desses orbitais tenham sido preenchidos antes (ex.: ao ionizar elementos do bloco p/ s remove-se de p e s de n maior antes dos d/ f de n menor).

Passo 3

Encontrar a configuração do átomo neutro de tálio (passo intermediário útil):
  • O xenônio ( \mathrm{Xe}) tem 54 elétrons e é o gás nobre anterior; portanto costuma-se usar o núcleo de gás nobre como atalho.
  • Para elementos pesados seguintes, a sequência de preenchimento relevante leva a que o tálio neutro tenha, após [\mathrm{Xe}], os subníveis 4f, 5d, 6s e 6p preenchidos conforme necessário.
  • Assim, a configuração do tálio neutro é \,[\mathrm{Xe}]\,4f^{14}5d^{10}6s^{2}6p^{1}. (Isso dá 54+14+10+2+1=81 elétrons, conferindo.)

Passo 4

Decidir quais elétrons são removidos para formar \mathrm{Tl}^{3+}:
  • Precisamos remover 3 elétrons do átomo neutro. Conforme a regra da remoção, tiram-se primeiro os elétrons do maior n, ou seja do nível n=6 antes dos n=5 ou n=4.
  • No tálio neutro os elétrons do nível n=6 estão em 6p^{1} e 6s^{2}. Então os três elétrons removidos serão exatamente esses: primeiro o elétron 6p^{1} (um elétron), e depois os dois elétrons do 6s^{2}.

Passo 5

Escrever a configuração final e checar contagem:
  • Após remover 6p^{1} e 6s^{2}, restam os subníveis preenchidos até 5d. Portanto a configuração do íon \mathrm{Tl}^{3+} é [\mathrm{Xe}]\,4f^{14}5d^{10}.
  • Verificação rápida do número de elétrons: 54 (Xe) +14+10=78, que é o número de elétrons esperado para \mathrm{Tl}^{3+}.
  • Essa configuração corresponde a um fecho de camada 5d^{10} + 4f^{14}, que é uma distribuição de baixa energia (estável) para o catião.

Resposta

[\mathrm{Xe}]\,4f^{14}5d^{10}

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