Dê a configuração esperada para o estado fundamental do seguinte íon: \mathrm{Zr}^{4+};
Passo 1
O que o enunciado pede e o que já sabemos: pediram a configuração eletrônica do estado fundamental do íon \mathrm{Zr}^{4+}. Informações relevantes que vamos usar:
O número atômico do zircônio é Z=40 (ou seja, o átomo neutro tem 40 elétrons).
O íon \mathrm{Zr}^{4+} tem 4 elétrons a menos que o átomo neutro, portanto terá 40-4=36 elétrons.
Passo 2
Determinar a configuração eletrônica do átomo neutro \mathrm{Zr} (passo intermediário necessário).
Depois de encher todos os níveis até a configuração do gás nobre criptônio, restam 40-36=4 elétrons a colocar além de [\mathrm{Kr}].
Pela regra de Aufbau (ordem de preenchimento dos orbitais), os elétrons ocupam primeiro o orbital 5s e depois os orbitais 4d. Assim o zircônio neutro tem a configuração
\mathrm{Zr}:\\ [\mathrm{Kr}]\;4d^{2}\;5s^{2}.
Explicação didática curta sobre isso: [\mathrm{Kr}] representa os 36 elétrons internos. Dos 4 elétrons externos, dois vão para 5s e dois para 4d, porque a ordem de energias para preenchimento coloca 5s antes de 4d no átomo neutro.
Passo 3
Como formar \mathrm{Zr}^{4+}: remover 4 elétrons do átomo neutro.
Regra prática para cátions de metais de transição: ao ionizar, retiram-se primeiro os elétrons do orbital com maior número quântico principal n (ou seja, do orbital mais externo). No caso dos metais de transição, os elétrons s do nível mais externo são removidos antes dos d do nível imediatamente inferior. Assim, remove-se primeiro os 5s e depois os 4d.
Portanto, ao tirar 4 elétrons (os dois 5s e os dois 4d), sobra exatamente a configuração do gás nobre criptônio.
Passo 4
Interpretação física e notação final:
A configuração resultante [\mathrm{Kr}] significa que \mathrm{Zr}^{4+} tem uma camada eletrônica completamente preenchida igual à do gás nobre \mathrm{Kr} (configuração fechada).
Para um sistema com todas as orbitais pareadas (fechado), o momento de spin total é S=0, momento angular orbital total L=0 e momento total J=0; o símbolo espectral do estado fundamental é, portanto, {}^{1}S_{0}.
Passo 5
Dica rápida para a prova (resumindo a regra prática): para íons de metais de transição, ao retirar elétrons comece removendo os elétrons do orbital s do maior n e só depois os d. Isso evita erro comum de tentar tirar primeiro dos d.
Resposta
Configuração eletrônica: [\mathrm{Kr}]
Símbolo do estado fundamental: {}^{1}S_{0}