Dê as configurações eletrônicas do estado fundamental de \mathrm{Eu}^{3+}

Passo 1

O que o problema pede: encontrar a configuração eletrônica do estado fundamental do íon \mathrm{Eu}^{3+}.\n
Informações dadas/úteis que identificamos (sem resolver ainda):\n
  • O elemento é o európio, com número atômico Z=63.
  • O íon tem carga +3, ou seja perdeu 3 elétrons em relação ao átomo neutro.
  • Precisamos decidir de quais orbitais esses elétrons são removidos e escrever a configuração eletrônica resultante.

Passo 2

Qual é a configuração do átomo neutro de európio? Vou mostrar passo a passo e ensinar o princípio que usamos.\n
Regra usada (breve aula): a configuração eletrônica básica segue a regra de Aufbau (ordem de preenchimento), que, de modo prático, dá prioridade aos orbitais por energia segundo a regra de Madelung: preencher em ordem crescente de n+\ell e, em empate, pelo menor n. Para os lantanídeos (os orbitais \,4f,5d,6s) a ordem prática é: 6s tende a ser preenchido antes de 4f em átomos neutros, e muitos lantanídeos neutros têm configuração com 6s^2 ocupados.\n
Aplicando isso ao európio: o núcleo de gás nobre anterior é xenônio, que escrevemos como [\mathrm{Xe}]. O európio neutro tem configuração\n
[\mathrm{Xe}]\,4f^{7}6s^{2}.\n
Explicação curta do porquê: depois de [\mathrm{Xe}] preenchem-se os orbitais 4f (até 7 elétrons no caso do Eu neutro chegam a 4f^{7}) e o orbital 6s aparece ocupado com 2 elétrons; portanto a configuração neutra é [\mathrm{Xe}]\,4f^{7}6s^{2}.

Passo 3

Como se tira elétrons para formar cátions? (outra mini-aula)\n
Regra prática para remoção: ao formar cátions, removem-se primeiro os elétrons de maior n (camada mais externa), ou seja os elétrons do orbital ns saem antes dos (n-1)d e dos (n-2)f quando houver esse conflito. Para os lantanídeos, os elétrons 6s são removidos antes dos elétrons 4f, porque, ao ionizar, os 6s ficam energeticamente mais externos e são mais facilmente removíveis; os orbitais 4f são mais contraídos (mais próximos do núcleo) e permanecem ligados com mais força após preenchimento.\n
Portanto, para \mathrm{Eu} (que tem 6s^2 no neutro) os dois elétrons 6s serão removidos primeiro ao formar \mathrm{Eu}^{2+} e um elétron adicional será removido em seguida (do 4f, já que não há 5d ocupado no neutro).

Passo 4

Aplicando a remoção de elétrons passo a passo (contas explícitas):\n
  • Átomo neutro: \mathrm{Eu} tem Z=63 elétrons e configuração [\mathrm{Xe}]\,4f^{7}6s^{2}.
  • Removendo dois elétrons 6s (os dois de maior n): obtemos \mathrm{Eu}^{2+} com configuração [\mathrm{Xe}]\,4f^{7}. Aqui removemos 2 elétrons, então 63-2=61 elétrons, e a configuração reflete os elétrons restantes.
  • Removendo mais um elétron para chegar a carga +3: o próximo elétron removido sai de 4f (porque não há 5d ocupado no neutro e os 6s já saíram). Assim de [\mathrm{Xe}]\,4f^{7} removemos um elétron de 4f e ficamos com [\mathrm{Xe}]\,4f^{6}. Isso corresponde a 63-3=60 elétrons no íon \mathrm{Eu}^{3+}.

Passo 5

Resumo didático do raciocínio (para decorar e aplicar na prova):\n
  • Primeiro identifique o átomo neutro e sua configuração (use a ordem de preenchimento/Aufbau).
  • Ao formar cátions, retire elétrons do orbital com maior n primeiro (normalmente ns antes de (n-1)d e (n-2)f).
  • Para lantanídeos é comum: retirar 6s antes de 4f.
  • Aplicando isso ao Eu: [\mathrm{Xe}]\,4f^{7}6s^{2} \xrightarrow{-2e^- (6s)} [\mathrm{Xe}]\,4f^{7} \xrightarrow{-1e^- (4f)} [\mathrm{Xe}]\,4f^{6}.\n
    Portanto a configuração do estado fundamental de \mathrm{Eu}^{3+} é [\mathrm{Xe}]\,4f^{6}. Força aí — você já consegue aplicar esse mesmo raciocínio para outros cátions de lantanídeos!

Resposta

[\mathrm{Xe}]\,4f^{6}

Exercícios relacionados