Escreva a configuração eletrônica de cada um dos seguintes íons e determine quais têm configurações de gás nobre:
\mathrm{Mn}^{3+}

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o íon \mathrm{Mn}^{3+}:
  • Escrever a configuração eletrônica do íon \mathrm{Mn}^{3+}.
  • Dizer se essa configuração corresponde à configuração de um gás nobre (ou seja, se o íon tem uma camada eletrônica completamente preenchida igual a algum gás nobre).
Informações relevantes que temos (valores que usarei):
  • Número atômico do manganês: Z=25. Isso significa que o átomo neutro de Mn tem 25 elétrons.
  • O processo pedido envolve remoção de elétrons (formação de cátions) a partir do átomo neutro.

Passo 2

Conceitos e regras que vou usar (explicação didática curta):
  • Ordem de preenchimento (Aufbau) para preencher elétrons em átomos neutros: 1s,\,2s,\,2p,\,3s,\,3p,\,4s,\,3d,\,4p,\dots. Isso diz onde os elétrons entram primeiro quando montamos um átomo neutro.
  • Regras de remoção de elétrons para metais de transição: ao formar cátions, os elétrons do orbital 4s são removidos antes dos elétrons 3d. Ou seja, mesmo que 4s seja preenchido antes do 3d no átomo neutro, ao ionizar remove-se primeiro de 4s. Motivo (resumido): depois de preenchidos, os orbitais 3d têm energia mais baixa que 4s e prendem melhor os elétrons; experimentalmente observa-se que 4s é esvaziado primeiro.
  • Configuração de gás nobre: é uma configuração com camadas preenchidas idênticas a de um gás nobre (por exemplo [He], [Ne], [Ar], [Kr], …). Ter a configuração de um gás nobre significa ter todos os orbitais da camada externa completos.

Passo 3

Configuração eletrônica do átomo neutro de Mn (vou montar passo a passo, lembrando que Z=25):
  • Preenchendo até [Ar] temos 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6. Isso corresponde ao gás nobre [Ar] (que tem 18 elétrons).
  • Restam 25-18=7 elétrons a distribuir após [Ar].
  • Pela ordem de preenchimento, os próximos orbitais são 4s e 3d. Colocamos primeiro em 4s: 4s^2 (2 elétrons) e depois em 3d: 3d^5 (os 5 elétrons restantes).
  • Portanto a configuração do Mn neutro é \displaystyle [Ar]\;4s^{2}\;3d^{5}.
    Comentário didático: [Ar]\;4s^{2}\;3d^{5} é também conhecida como a configuração com d^5 meio preenchido, o que dá alguma estabilidade relativa, mas isso é sobre o átomo neutro.

Passo 4

Formação do íon \mathrm{Mn}^{3+}: remoção de 3 elétrons do átomo neutro
  • Regra prática para metais de transição: retirar primeiro os elétrons de 4s, depois de 3d.
  • Retirando os primeiros 2 elétrons (os de menor energia relativa ao ionizar) do 4s:
    • A partir de [Ar]\;4s^{2}\;3d^{5} remove-se 4s^{2} → fica [Ar]\;3d^{5}. Esse estado corresponde a \mathrm{Mn}^{2+}.
  • Ainda precisamos remover mais 1 elétron para chegar a \mathrm{Mn}^{3+}. Esse elétron virá de 3d:
    • Removendo um elétron de 3d^{5} 3d^{4}.
  • Assim a configuração final para \mathrm{Mn}^{3+} é \displaystyle [Ar]\;3d^{4}.

Passo 5

Escrevendo também a configuração completa (sem o atalho do gás nobre), para clareza:
  • Começando em 1s até 3d (com 4s vazio): \displaystyle 1s^{2}\;2s^{2}\;2p^{6}\;3s^{2}\;3p^{6}\;3d^{4}.
    Observação prática para a prova: é suficiente e comum escrever a forma abreviada [Ar]\;3d^{4}. Lembre-se sempre de remover 4s antes dos 3d quando formar cátions de metais de transição.

Passo 6

Resposta à pergunta sobre configuração de gás nobre:
  • A configuração \displaystyle [Ar]\;3d^{4} NÃO é uma configuração de gás nobre, porque ainda existem elétrons no subnível 3d; a configuração de um gás nobre correspondente a [Ar] teria todos os orbitais preenchidos até 3p^6 e nenhum elétron em 3d.
  • Nota adicional interessante (para motivar): para que o Mn tivesse exatamente a configuração do gás nobre [Ar] seria necessário remover 7 elétrons (ficar com 25-7=18 elétrons), ou seja formar \mathrm{Mn}^{7+}, que tem configuração [Ar] — essa oxidação +7 existe em compostos como o íon \mathrm{MnO}_{4}^{-} (permanganato), onde efetivamente o Mn está no estado +7. Mas \mathrm{Mn}^{3+} (com [Ar]\;3d^{4}) não é um gás nobre.

Resposta

[Ar]\;3d^{4} — não é configuração de gás nobre

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