Escreva a configuração eletrônica dos átomos dos elementos abaixo (átomos neutros isolados) e prediga a carga mais provável, em cada caso, se íons forem formados:
Ga

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o átomo neutro isolado de gálio:
  • Escrever a configuração eletrônica do átomo neutro de gálio.
  • Prever a carga mais provável, caso íons sejam formados (ou seja, qual íon é mais esperado).
Informação necessária que usarei (retirada da tabela periódica / dados conhecidos):
  • Número atômico do gálio: Z=31 (ou seja, o átomo neutro tem 31 elétrons).

Passo 2

Conceitos e regras que vamos usar (explicados de forma prática):
  • Princípio de Aufbau: os elétrons ocupam orbitais de menor energia primeiro. Uma ordem prática de preenchimento útil é: 1s,\,2s,\,2p,\,3s,\,3p,\,4s,\,3d,\,4p,\dots. Isso significa que, ao formar a configuração, colocamos elétrons seguindo essa sequência.
  • Princípio de Pauli: cada orbital pode conter no máximo dois elétrons com spins opostos.
  • Regra de Hund: em subníveis com múltiplos orbitais (por exemplo, p tem 3 orbitais, d tem 5), os elétrons ocupam orbital por orbital com spins paralelos antes de emparelhar.
  • Importante sobre íons: quando metais formam cátions, os elétrons são removidos primeiro dos orbitais de maior número quântico principal n (ou seja, dos elétrons de valência, como 4p e 4s no caso do gálio), mesmo que, na ordem de preenchimento, o 4s tenha sido preenchido antes do 3d. Por isso, ao retirar elétrons, normalmente se perdem os elétrons 4p e 4s antes dos 3d.

Passo 3

Construindo a configuração eletrônica do gálio passo a passo:
  • Começamos preenchendo até o gás nobre argônio [\text{Ar}], que corresponde a 18 elétrons. Então já contabilizamos 18 elétrons.
  • Depois de [\text{Ar}] vêm os orbitais 3d, que podem receber até 10 elétrons. Colocamos 10 elétrons em 3d: isso nos leva a 18+10=28 elétrons.
  • Faltam 31-28=3 elétrons para completar os 31. Esses ocupam os orbitais de mais alta energia seguintes: primeiro 4s com 2 elétrons e depois 4p com 1 elétron.
Verificando a soma:
18 + 10 + 2 + 1 = 31.
Portanto, escrevendo em notação compacta com o gás nobre [\text{Ar}], a configuração eletrônica do átomo neutro de gálio é
[\text{Ar}]\,3d^{10}4s^{2}4p^{1}.

Passo 4

Entendendo quais elétrons são removidos ao formar cátions (intuição prática):
  • Os elétrons de valência do gálio são os do nível n=4, isto é, os elétrons em 4s e 4p.
  • Ao oxidar (formar cátions), o gálio tende a perder primeiro o elétron em 4p e depois os dois em 4s, se continuar perdendo elétrons. Os elétrons 3d^{10} são mais internos e muito mais difíceis de remover, portanto permanecem na maioria dos cátions comuns.

Passo 5

Previsão das cargas e configurações dos íons mais prováveis:
  • Perder um elétron (remoção do elétron 4p^{1}) dá o cátion \mathrm{Ga}^{+} com configuração
[\text{Ar}]\,3d^{10}4s^{2}.
  • Perder três elétrons (remoção de 4p^{1} e dos dois elétrons 4s^{2}) dá o cátion \mathrm{Ga}^{3+} com configuração
[\text{Ar}]\,3d^{10}.

Passo 6

Qual carga é mais provável na prática? (explicação química curta e intuitiva)
  • O estado de oxidação mais comum e estável para o gálio é +3. Isso ocorre porque ao atingir \mathrm{Ga}^{3+} o átomo alcança a configuração [\text{Ar}]\,3d^{10}, que é relativamente estável (camada d cheia).
  • O estado +1 também existe em compostos (por exemplo, alguns haletos), mas é menos comum do que +3. Em resumo, espere que o gálio forme preferencialmente o cátion \mathrm{Ga}^{3+}.

Resposta

Configuração eletrônica (átomo neutro): [\text{Ar}]\,3d^{10}4s^{2}4p^{1}
Carga mais provável ao formar íons: +3 (estado +1 também possível, porém menos comum)

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