Dê as configurações eletrônicas do estado fundamental do (e) \mathrm{Co}^{3+}

Passo 1

O que o enunciado pede: dar a configuração eletrônica do estado fundamental do íon \mathrm{Co}^{3+}.
Informações relevantes (dadas ou que precisamos saber):
  • Número atômico do cobalto: Z=27. Ou seja, o átomo neutro de cobalto tem 27 elétrons.
  • O íon \mathrm{Co}^{3+} tem 3 elétrons a menos que o átomo neutro, portanto tem 27-3=24 elétrons no total.

Passo 2

Recordando como montar a configuração eletrônica do átomo neutro: usamos a regra de Aufbau (preenchimento das orbitais em ordem crescente de energia), a regra de Hund (maximizar spins paralelos quando preencher orbitais de mesma energia) e o princípio de exclusão de Pauli (no máximo dois elétrons por orbital, com spins opostos).
Ordem de preenchimento relevante aqui (em particular para os elétrons da camada 3 e 4) costuma ser:
1s,\;2s,\;2p,\;3s,\;3p,\;4s,\;3d,\;4p,\ldots
Isso significa que, ao preencher um átomo neutro, o orbital 4s é preenchido antes de começar a preencher os 3d.
Para o cobalto neutro ( Z=27 ), a configuração compacta usando o gás nobre correspondente ( \mathrm{Ar}) é:
[{\rm Ar}]\,4s^2\,3d^7
Observação: muitas vezes se escreve também [{\rm Ar}]\,3d^7\,4s^2; ambas representam o mesmo conjunto de ocupações, a ordem de escrita é convencional.

Passo 3

Agora transformamos o átomo neutro em \mathrm{Co}^{3+}: precisamos remover 3 elétrons. Regra prática importante para íons de metais de transição:
  • Ao ionizar, remove-se primeiro os elétrons do orbital com maior número quântico principal n. Para estes elementos isso significa que os elétrons 4s são removidos antes dos 3d.
Aplicando isso a \mathrm{Co}:
  • Remover 2 elétrons do 4s: 4s^2 \to 4s^0.
  • Ainda falta remover mais 1 elétron: remove-se então um elétron do 3d: 3d^7 \to 3d^6.
Portanto a configuração final (estado fundamental) do íon \mathrm{Co}^{3+} é:
[{\rm Ar}]\,3d^6.

Passo 4

Escrevendo a configuração completa (expandida) em níveis:
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^6.
Comentário didático rápido sobre spins (útil na prova): para a configuração 3d^6, aplicando a regra de Hund (maximizar o número de spins não pareados nos cinco orbitais d), os primeiros cinco elétrons ocupam cinco orbitais diferentes com spins paralelos; o sexto elétron emparelha um desses. Assim, no caso de densa regra de Hund (alto acoplamento, estado de alto spin), haveria 4 elétrons desemparelhados e momento de spin S=2 (multiplicidade 2S+1=5). Atenção: em complexos de coordenação fortes pode ocorrer emparelhamento adicional (estado baixo spin), mas para o íon isolado a configuração eletrônica do estado fundamental é a indicada acima.

Resposta

[{\rm Ar}]\,3d^6

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