Escreva a configuração eletrônica dos átomos e íons \mathrm{Ti}^{4+}, \mathrm{V}^{2+}, \mathrm{Cr}^{5+}, \mathrm{Ni}, \mathrm{Pd}, \mathrm{Cr}, \mathrm{Cu}^{3+}, \mathrm{Fe}, \mathrm{Ru}, \mathrm{Ag} e \mathrm{Co}^{+}.

Passo 1

O enunciado pede que eu escreva a configuração eletrônica (no estado fundamental) dos seguintes átomos e íons:
\mathrm{Ti}^{4+}, \mathrm{V}^{2+}, \mathrm{Cr}^{5+}, \mathrm{Ni}, \mathrm{Pd}, \mathrm{Cr}, \mathrm{Cu}^{3+}, \mathrm{Fe}, \mathrm{Ru}, \mathrm{Ag} e \mathrm{Co}^{+}.
Informações relevantes dadas implicitamente pelo enunciado:
  • Cada símbolo é um átomo (neutro) ou íon (com carga indicada).
  • Espera-se a configuração eletrônica no estado fundamental (menor energia).
  • Não há figuras ou tabelas extras; devo usar as regras usuais de preenchimento de orbitais e as exceções conhecidas para elementos de transição.

Passo 2

Conceitos e regras que vou usar (explicadas passo a passo, sem pular etapas):
  1. Ordem de preenchimento (princípio de Aufbau em linguagem prática).
    A sequência de orbitais (do mais baixo para o mais alto, até os níveis pedidos) pode ser lembrada por:
1s,\;2s,\;2p,\;3s,\;3p,\;4s,\;3d,\;4p,\;5s,\;4d,\;5p,\;6s,\;4f,\;5d,\dots
Isto significa que, ao preencher elétrons num átomo neutro em ordem de energia, colocamos primeiro em 1s, depois 2s, etc.
  1. Capacidade de cada subtipo:
  • s comporta no máximo 2 elétrons.
  • p comporta no máximo 6 elétrons.
  • d comporta no máximo 10 elétrons.
  • f comporta no máximo 14 elétrons.
  1. Princípio de Pauli e Regra de Hund (breve):
  • Pauli: cada orbital pode ter no máximo 2 elétrons com spins opostos.
  • Hund: dentro de um conjunto de orbitais degenerados (por exemplo, os cinco orbitais 3d), distribuímos elétrons com spins paralelos antes de parear, para minimizar energia.
  1. Ordem de remoção de elétrons em íons (regra importante para elementos de transição):
    Quando retiramos elétrons para formar cátions, removemos primeiro os elétrons do orbital com maior número quântico principal n. Para elementos de transição de blocos d, isso significa que os elétrons ns (por exemplo 4s) são removidos antes dos (n-1)d (por exemplo 3d). Em outras palavras: ao ionizar, se houver elétrons em 4s e 3d, tira-se primeiro dos 4s.
  2. Exceções conhecidas (muito úteis para provas):
  • Alguns elementos de transição preferem arranjos de meia-camada d ou de d completa por estabilidade extra. Exemplos clássicos:
    • \mathrm{Cr} (Z =24) tem configuração neutra [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{5} (não 4s^{2}\,3d^{4}).
    • \mathrm{Cu} (Z =29) tem configuração neutra [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{10} (não 4s^{2}\,3d^{9}).
    • \mathrm{Pd} (Z =46) é especialmente anômalo: sua configuração é [\mathrm{Kr}]\,4d^{10} (com 5s^0).
    • Outros elementos de 4d como \mathrm{Ru} costumam apresentar [\mathrm{Kr}]\,5s^{1}\,4d^{7} (há pequenas variações na literatura, mas essa é a forma comum aceita).
      Explico o “porquê” brevemente: promover um elétron do orbital s para completar ou meio-completar a camada d pode diminuir a energia total devido a estabilidade extra de subcamadas d^{5} e d^{10}.

Passo 3

Primeiro vou listar as configurações neutras (estado fundamental) dos elementos de interesse — isso serve de ponto de partida para formar os íons, removendo elétrons conforme a regra de remoção.
Vou anotar o número atômico Z ao lado para checar contagem dos elétrons.
  • \mathrm{Ti} ( Z=22): configuração neutra
    \mathrm{Ti}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{2}.
    (Total: 18+2+2=22 elétrons.)
  • \mathrm{V} ( Z=23):
    \mathrm{V}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{3}.
    (Total 23.)
  • \mathrm{Cr} ( Z=24) — exceção:
    \mathrm{Cr}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{5}.
    (Meia-camada d^5 mais estável.)
  • \mathrm{Ni} ( Z=28):
    \mathrm{Ni}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{8}.
  • \mathrm{Pd} ( Z=46) — exceção notável:
    \mathrm{Pd}:\\ [\mathrm{Kr}]\,4d^{10}.
    (Aqui 5s^0.)
  • \mathrm{Cu} ( Z=29) — exceção:
    \mathrm{Cu}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{10}.
  • \mathrm{Fe} ( Z=26):
    \mathrm{Fe}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{6}.
  • \mathrm{Ru} ( Z=44) — forma comum aceita:
    \mathrm{Ru}:\\ [\mathrm{Kr}]\,5s^{1}\,4d^{7}.
  • \mathrm{Ag} ( Z=47) — costuma ser:
    \mathrm{Ag}:\\ [\mathrm{Kr}]\,5s^{1}\,4d^{10}.
  • \mathrm{Co} ( Z=27):
    \mathrm{Co}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{7}.
Observação: essas são as configurações neutras padrão no estado fundamental, com exceções anotadas. Agora uso-as para construir os íons pedindo remoção de elétrons conforme a carga.

Passo 4

\mathrm{Ti}^{4+} — passo a passo:
  • \mathrm{Ti} neutro tem Z=22, configuração [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{2}.
  • \mathrm{Ti}^{4+} significa remover 4 elétrons. Pela regra de remoção, tiramos primeiro os elétrons 4s (2 elétrons) e depois os 3d (2 elétrons).
  • Removendo esses 4 elétrons chegamos a apenas os 18 elétrons do gás nobre argônio.
    Portanto:
\mathrm{Ti}^{4+}:\\ [\mathrm{Ar}].

Passo 5

\mathrm{V}^{2+} — passo a passo:
  • \mathrm{V} neutro: [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{3}.
  • \mathrm{V}^{2+} remove 2 elétrons. Retiramos primeiro os 4s (2 elétrons), ficando com os 3d intactos.
    Portanto:
\mathrm{V}^{2+}:\\ [\mathrm{Ar}]\,3d^{3}.

Passo 6

\mathrm{Cr}^{5+} — passo a passo:
  • \mathrm{Cr} neutro: [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{5} (lembre da exceção).
  • \mathrm{Cr}^{5+} significa remover 5 elétrons. Primeiro removemos o único elétron 4s (ficamos com [\mathrm{Ar}]\,3d^{5}), depois removemos 4 elétrons adicionais dos 3d, deixando 3d^{1}.
  • Contagem alternativa: Z=24, 24-5=19 elétrons; 18 corresponde a [\mathrm{Ar}], mais 1 elétron configura [\mathrm{Ar}]\,3d^{1} (o elétron extra ocupa 3d e não 4s num cátion altamente oxidado).
    Portanto:
\mathrm{Cr}^{5+}:\\ [\mathrm{Ar}]\,3d^{1}.

Passo 7

\mathrm{Ni} (neutro) — passo a passo:
  • Já listei \mathrm{Ni} neutro como [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{8}.
  • Explicação curta: depois de [\mathrm{Ar}] (18 elétrons) sobram 10 elétrons para preencher 4s e 3d; pela ordem 4s preenche com 2 e 3d com 8.
    Portanto:
\mathrm{Ni}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{8}.

Passo 8

\mathrm{Pd} (neutro) — passo a passo:
  • \mathrm{Pd} é uma exceção notória. Em vez de [\mathrm{Kr}]\,5s^{2}\,4d^{8}, a configuração observada experimentalmente é
\mathrm{Pd}:\\ [\mathrm{Kr}]\,4d^{10}.
  • A ideia é que promover os elétrons para completar 4d^{10} é energeticamente favorecido; o orbital 5s fica vazio no estado fundamental.

Passo 9

\mathrm{Cr} (neutro) — passo a passo:
  • Já mostrei, mas repito com ênfase na física: a configuração mais estável observada é
\mathrm{Cr}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{5}.
  • Motivo prático para prova: meia-camada d^{5} tem estabilidade extra, por isso um elétron salta de 4s para 3d.

Passo 10

\mathrm{Cu}^{3+} — passo a passo:
  • \mathrm{Cu} neutro: [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{10}.
  • \mathrm{Cu}^{3+} remove 3 elétrons. Removemos primeiro o 4s (1 elétron) ficando [\mathrm{Ar}]\,3d^{10}, depois removemos 2 elétrons dos 3d, resultando em 3d^{8}.
  • Contagem: Z=29, 29-3=26 elétrons; [\mathrm{Ar}] (18) + 8 = 26, consistente com [\mathrm{Ar}]\,3d^{8}.
    Portanto:
\mathrm{Cu}^{3+}:\\ [\mathrm{Ar}]\,3d^{8}.

Passo 11

\mathrm{Fe} (neutro) — passo a passo:
  • \mathrm{Fe} tem Z=26. A configuração padrão é
\mathrm{Fe}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{6}.
  • Explicação: após [\mathrm{Ar}] (18), sobram 8 elétrons para 4s e 3d: 4s recebe 2, 3d recebe 6.

Passo 12

\mathrm{Ru} (neutro) — passo a passo:
  • \mathrm{Ru} (ruthenium, Z=44) tem configuração comumente aceita:
\mathrm{Ru}:\\ [\mathrm{Kr}]\,5s^{1}\,4d^{7}.
  • Observação: algumas fontes podem apresentar pequenas variações, mas a forma [\mathrm{Kr}]\,5s^{1}\,4d^{7} é a geralmente usada para o estado fundamental.

Passo 13

\mathrm{Ag} (neutro) — passo a passo:
  • \mathrm{Ag} tem Z=47. A configuração observada é
\mathrm{Ag}:\\ [\mathrm{Kr}]\,5s^{1}\,4d^{10}.
  • Motivo: completar 4d^{10} confere estabilidade, assim um elétron fica em 5s só.

Passo 14

\mathrm{Co}^{+} — passo a passo:
  • \mathrm{Co} neutro é [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{7}.
  • \mathrm{Co}^{+} tem uma carga +1, então remove-se um elétron. Pela regra de remoção removemos primeiro dos 4s.
  • Assim, tirando um elétron de 4s^{2} obtemos 4s^{1}\,3d^{7}.
    Portanto:
\mathrm{Co}^{+}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{7}.

Resposta

\mathrm{Ti}^{4+}:\\ [\mathrm{Ar}]\n
\mathrm{V}^{2+}:\\ [\mathrm{Ar}]\,3d^{3}\n
\mathrm{Cr}^{5+}:\\ [\mathrm{Ar}]\,3d^{1}\n
\mathrm{Ni}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{8}\n
\mathrm{Pd}:\\ [\mathrm{Kr}]\,4d^{10}\n
\mathrm{Cr}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{5}\n
\mathrm{Cu}^{3+}:\\ [\mathrm{Ar}]\,3d^{8}\n
\mathrm{Fe}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{6}\n
\mathrm{Ru}:\\ [\mathrm{Kr}]\,5s^{1}\,4d^{7}\n
\mathrm{Ag}:\\ [\mathrm{Kr}]\,5s^{1}\,4d^{10}\n
\mathrm{Co}^{+}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{1}\,3d^{7}

Exercícios relacionados