Dê as configurações eletrônicas do estado fundamental de \mathrm{Cr}^{6+}

Passo 1

O enunciado pede a configuração eletrônica do estado fundamental do átomo íon \mathrm{Cr}^{6+}.
Informações dadas (explicitamente ou implícitas):
  • O elemento cromo tem número atômico Z=24 (ou seja, o átomo neutro tem 24 elétrons).
  • O íon tem carga +6, portanto foram removidos 6 elétrons do átomo neutro.
    A tarefa é escrever a distribuição dos elétrons (configuração eletrônica) do estado fundamental de \mathrm{Cr}^{6+}.

Passo 2

O que é “configuração eletrônica” e notação:
  • A configuração eletrônica indica como os elétrons estão distribuídos entre os níveis e subníveis atômicos.
  • Escrevemos cada subnível como ns^{a}, np^{b}, nd^{c}, etc., onde n é o número quântico principal (camada), a letra (s, p, d, f) identifica o tipo de subnível, e o expoente é o número de elétrons nesse subnível.
  • Também é comum usar a abreviação de gás nobre: por exemplo [\mathrm{Ar}] representa a configuração do argônio, isto é um núcleo de referência.
Princípios usados para preencher/retirar elétrons (resumo didático):
  • Princípio de Aufbau (preenchimento): em átomos neutros, os elétrons ocupam orbitais de menor energia primeiro, seguindo a ordem aproximada 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, …
  • Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos.
  • Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados (mesma energia, ex.: três orbitais p ou cinco d), coloca-se primeiro um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de parear.
  • Ordem de remoção de elétrons em cátions de metais de transição: ao formar cátions, os elétrons são removidos primeiro dos orbitais com maior número quântico principal n. Para muitos metais de transição isto significa que os elétrons do orbital 4s são removidos antes dos do 3d, mesmo que o 4s tenha sido preenchido antes no átomo neutro.

Passo 3

Configuração eletrônica do cromo neutro e anomalia:
  • Um procedimento mecânico preveria para o cromo neutro a ordem e daria [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{4}.
  • Porém, experimentally e por estabilidade, o estado fundamental do cromo neutro é a configuração anômala
    [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{5}.
    Explicação curta do porquê (didática): meia-preenchimento ( d^5) confere estabilidade extra ao subnível 3d, então o elétron que estaria em 4s fica preferencialmente promovido para completar um 3d mais estável, resultando em 4s^1 3d^5.

Passo 4

Como obter a configuração de \mathrm{Cr}^{6+}: regra prática para íons de metais de transição
  • Para formar \mathrm{Cr}^{6+} partimos do cromo neutro ( 24 elétrons) e removemos 6 elétrons.
  • Aplicamos a regra de remoção: removem-se primeiro elétrons do 4s e depois do 3d.
  • Como anotado, o cromo neutro tem de fato [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{5}. Então, ao remover elétrons:
    1. remove-se o elétron do 4s (1 elétron),
    2. remove-se em seguida 5 elétrons do 3d (os cinco que existem em 3d^{5}).
  • No total 1+5=6 elétrons removidos, o que zera o subnível 3d e deixa apenas o núcleo eletrônico equivalente ao gás nobre argônio.

Passo 5

Cálculo explícito do número de elétrons e configuração resultante:
  • Número de elétrons no átomo neutro: 24.
  • Elétrons removidos pela carga +6: 6.
  • Elétrons restantes: 24-6=18. Note que 18 é o número atômico do argônio \mathrm{Ar}.
  • Portanto a configuração eletrônica do íon é a mesma do argônio, ou seja:
    [\mathrm{Ar}], que em forma estendida é 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}.

Passo 6

Conclusão e verificação rápida:
  • A remoção passo a passo dos elétrons a partir de [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{5} confirma que, após remover 1 elétron do 4s e 5 elétrons do 3d, restam exatamente os 18 elétrons do gás nobre \mathrm{Ar}.
  • Logo a configuração final de \mathrm{Cr}^{6+} no estado fundamental é [\mathrm{Ar}] ou explicitamente 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}.

Resposta

[\mathrm{Ar}]
1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}

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