1. Considere as configurações eletrônicas nos níveis 3 e 4 dos átomos:
    I. 3 \mathrm{~s}^{1}
    II. 3 \mathrm{~s}^{2} 3 \mathrm{p}^{4}
    III. 3 \mathrm{~s}^{2} 3 \mathrm{p}^{6} 4 \mathrm{~s}^{2}
    IV. 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{5} 4 s^{2}
    V. 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{10} 4 s^{2}
Qual delas representa um elemento químico que adquire configuração de gás nobre quando se transforma em cátion bivalente?
a) I
b) II
c) III
d) IV
e) V

Passo 1

O enunciado dá cinco configurações eletrônicas (ocupação dos orbitais nos níveis n=3 e n=4) e pede: qual delas representa um elemento que, ao se transformar em cátion bivalente (isto é, ao perder duas cargas positivas, 2+), adquire uma configuração de gás nobre?
As configurações fornecidas são:
  • I: 3s^{1}
  • II: 3s^{2}\,3p^{4}
  • III: 3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{2}
  • IV: 3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{5}\,4s^{2}
  • V: 3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{10}\,4s^{2}
O que é pedido: identificar qual das alternativas (a)–(e) corresponde à configuração que, ao perder duas elétrons (formar cátion 2+), passa a ter a configuração eletrônica idêntica à de um gás nobre (camadas externas completas).

Passo 2

Conceitos e regras que precisamos usar (explicação didática, passo a passo):
  • Notação: 3s^{2}3p^{6} significa que no nível principal n=3 os orbitais s têm 2 elétrons e os p têm 6 elétrons. Gases nobres têm camadas externas completas (por exemplo, Argônio: [\mathrm{Ar}]=3s^{2}3p^{6}).
  • Cátion bivalente 2+ significa perda de dois elétrons. Para escrever a configuração do cátion, removemos dois elétrons da configuração do átomo neutro.
  • Ordem de remoção de elétrons: em geral, ao formar cátions remove-se primeiro os elétrons com maior número quântico principal n (os elétrons na camada mais externa). Para elementos de transição com elétrons d e s (mesma periódica, p.ex. 3d e 4s), na prática os elétrons 4s são removidos antes dos 3d (mesmo que, na construção do átomo neutro, 4s se encha antes do 3d). Isso é importante para IV e V.
  • Objetivo prático: para cada configuração, simular a perda de dois elétrons (removendo-os das orbitais apropriadas) e verificar se o resultado é exatamente a configuração de um gás nobre (p.ex. [\mathrm{Ar}]=3s^{2}3p^{6} para o período 3).

Passo 3

Analisando I: 3s^{1}.
  • Esta configuração corresponde a um átomo com apenas um elétron no nível n=3 (por exemplo, só como referência, o sódio neutro tem [\mathrm{Ne}]\,3s^{1}).
  • Perda de dois elétrons: primeiro sai o elétron de 3s, sobrando a configuração do núcleo anterior [\mathrm{Ne}]=1s^{2}2s^{2}2p^{6}. O segundo elétron teria de ser removido de uma camada interna (por exemplo de 2p), levando a uma configuração como 1s^{2}2s^{2}2p^{5}, que NÃO é configuração de gás nobre.
  • Conclusão: I não produz configuração de gás nobre ao formar 2+.

Passo 4

Analisando II: 3s^{2}\,3p^{4}.
  • Esta configuração tem quatro elétrons no subnível 3p (por exemplo, enxofre neutro tem [\mathrm{Ne}]\,3s^{2}3p^{4}).
  • Perda de dois elétrons: remove-se dois elétrons do subnível 3p (camada mais externa), resultando em 3s^{2}\,3p^{2}.
  • 3s^{2}\,3p^{2} não é uma configuração de gás nobre (gases nobres do mesmo período têm 3s^{2}3p^{6}).
  • Conclusão: II não.

Passo 5

Analisando III: 3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{2}.
  • Esta configuração mostra a camada n=3 completa ( 3s^{2}3p^{6}) e dois elétrons em 4s. É a configuração de um metal alcalino-terroso do período 4 (por exemplo, cálcio neutro: [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}). Aqui explicitamente vemos a parte [\mathrm{Ar}]=3s^{2}3p^{6}.
  • Perda de dois elétrons: os dois elétrons mais externos estão em 4s, então ao formar o cátion 2+ removem-se esses dois elétrons e sobra exatamente 3s^{2}\,3p^{6}, ou seja [\mathrm{Ar}], que é a configuração de um gás nobre.
  • Conclusão: III, ao perder dois elétrons, adquire configuração de gás nobre.

Passo 6

Analisando IV: 3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{5}\,4s^{2}.
  • Esta configuração corresponde a um elemento de transição do período 4 com 3d^{5}4s^{2} (por exemplo, manganês neutro tem [\mathrm{Ar}]\,3d^{5}4s^{2}).
  • Perda de dois elétrons: seguindo a regra para cátions de transição, os elétrons 4s são removidos primeiro. Removendo dois elétrons (os dois de 4s) fica 3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{5}, ou seja [\mathrm{Ar}]\,3d^{5}.
  • [\mathrm{Ar}]\,3d^{5} NÃO é configuração de gás nobre (os 3d estão parcialmente preenchidos).
  • Conclusão: IV não.

Passo 7

Analisando V: 3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{10}\,4s^{2}.
  • Esta configuração é típica de um metal de transição com os 3d completos e 4s^{2} (por exemplo, zinco neutro: [\mathrm{Ar}]\,3d^{10}4s^{2}).
  • Perda de dois elétrons: remove-se os dois elétrons 4s, resultando em 3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{10} ou [\mathrm{Ar}]\,3d^{10}.
  • Apesar de os s e p do nível 3 estarem completos, a presença de 3d^{10} faz com que a configuração não coincida com a de um gás nobre (gases nobres do período 3 têm somente 3s^{2}3p^{6}). Portanto não é configuração de gás nobre.
  • Conclusão: V não.

Passo 8

Comparando os resultados: somente a alternativa III, ao perder dois elétrons ( 4s^{2}), fica com 3s^{2}\,3p^{6}, que é exatamente a configuração do gás nobre argônio \bigl([\mathrm{Ar}] = 3s^{2}3p^{6}\bigr). As demais resultam em configurações que não são de gases nobres.

Resposta

c) III

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