Escreva a configuração eletrônica (ex.: 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} \ldots ) para Be, F, Fe, Co e Ni. Quantos elétrons há no subnível 3d destes três últimos elementos?

Passo 1

O enunciado pede duas coisas:
  • Escrever a configuração eletrônica (no formato tipo 1s^2 2s^2 2p^6 \ldots) para os elementos Be, F, Fe, Co e Ni.
  • Dizer quantos elétrons há no subnível 3d dos três últimos elementos (Fe, Co e Ni).
Informações relevantes que vou usar (tiradas da tabela periódica):
  • Número atômico (número de elétrons em átomo neutro) de cada elemento:
    • Berílio: Z=4.
    • Flúor: Z=9.
    • Ferro: Z=26.
    • Cobalto: Z=27.
    • Níquel: Z=28.

Passo 2

Conceitos e regras essenciais — vou explicar devagar e com exemplos pequenos para você poder aplicar na prova:
  1. Capacidade dos subníveis
  • Um orbital s comporta no máximo 2 elétrons; um subnível p comporta no máximo 6 elétrons; um subnível d comporta no máximo 10 elétrons; f comporta 14, etc.
    • Em forma de lembrete: s\to 2,\; p\to 6,\; d\to 10.
  1. Princípio de Aufbau (ordem de preenchimento)
  • Os elétrons ocupam primeiro os orbitais de menor energia. A ordem prática (a que usamos na maioria das questões) é:
    1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < \dots
  • Observação importante: embora 4s ocupe antes de 3d na construção do átomo neutro, quando o átomo vira íon costuma-se remover elétrons de 4s antes de 3d. Isso é só um detalhe útil para questões de oxidação; mas para as configurações pedidas aqui seguimos a ordem de preenchimento acima.
  1. Princípio de exclusão de Pauli
  • Cada orbital pode ter no máximo dois elétrons com spins opostos. Isso justifica os expoentes 2 em s^2, etc.
  1. Regra de Hund (para orbitais degenerados como p ou d)
  • Ao preencher orbitais do mesmo subnível, primeiro coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de emparelhar.
Vou aplicar essas regras passo a passo para cada elemento.

Passo 3

Configuração do Berílio ( Z=4) — passo a passo:
  • Começamos preenchendo 1s. 1s comporta até 2 elétrons, então colocamos 1s^2. Elétrons usados: 2. Restam 4-2=2 elétrons.
  • Próximo orbital é 2s. Colocamos os 2 elétrons restantes em 2s: 2s^2.
  • Não há elétrons sobrando. Portanto a configuração fica:
    1s^2 2s^2.
Explicação didática curta: foi só seguir a ordem 1s depois 2s, respeitando que s aceita até 2 elétrons.

Passo 4

Configuração do Flúor ( Z=9) — passo a passo:
  • Preenchemos 1s^2. Elétrons usados: 2. Restam 9-2=7.
  • Em seguida 2s^2. Usamos mais 2. Restam 7-2=5.
  • Próximo subnível é 2p, que aceita até 6 elétrons. Colocamos os 5 elétrons restantes em 2p: 2p^5.
  • Não há mais elétrons. Logo a configuração é:
    1s^2 2s^2 2p^5.
Dica prática: para elementos até a segunda linha da tabela periódica (até Neônio) basta lembrar da sequência 1s,2s,2p.

Passo 5

Estratégia para elementos maiores (Fe, Co, Ni): usar o núcleo de gás nobre [\text{Ar}] para simplificar.
  • O argônio [\text{Ar}] representa a configuração até 3p^6, isto é:
    [\text{Ar}] = 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6,
    que corresponde a 18 elétrons no total.
  • Então, para um elemento de número atômico Z maior que 18, subtrai-se 18 e distribui-se o restante pelos orbitais seguintes na ordem 4s então 3d (seguindo Aufbau).
Vou aplicar isso nos três elementos.

Passo 6

Configuração do Ferro ( Z=26) — passo a passo e explicação:
  • Partimos de [\text{Ar}] que já usa 18 elétrons. Restam 26-18=8 elétrons para colocar.
  • Segundo a ordem, enchemos 4s antes de 3d. 4s aceita até 2 elétrons: colocamos 4s^2. Agora restam 8-2=6.
  • Os 6 elétrons restantes vão para o subnível 3d: 3d^6.
  • Assim a configuração completa pode ser escrita como:
    [\text{Ar}]\,4s^2 3d^6.
  • Número de elétrons no subnível 3d para o ferro: 6.
Comentário amigável: algumas vezes se escreve 3d^6 4s^2 (a ordem entre blocos 3d e 4s na notação não muda a quantidade de elétrons), mas é comum e claro usar [\text{Ar}]\,4s^2 3d^6.

Passo 7

Configuração do Cobalto ( Z=27) — passo a passo:
  • Começamos por [\text{Ar}] (18 elétrons). Restam 27-18=9.
  • Preenchemos 4s^2 (2 elétrons): restam 9-2=7.
  • Os 7 restantes vão para 3d: 3d^7.
  • Configuração final:
    [\text{Ar}]\,4s^2 3d^7.
  • Número de elétrons no subnível 3d para o cobalto: 7.

Passo 8

Configuração do Níquel ( Z=28) — passo a passo:
  • Começamos por [\text{Ar}]. Restam 28-18=10 elétrons.
  • Colocamos 4s^2 (2 elétrons): restam 10-2=8.
  • Os 8 restantes ocupam 3d: 3d^8.
  • Configuração final:
    [\text{Ar}]\,4s^2 3d^8.
  • Número de elétrons no subnível 3d para o níquel: 8.

Passo 9

Observações úteis para a prova (curtas e práticas):
  • Para elementos pequenos (Be, F) é direto seguir 1s,2s,2p.
  • Para elementos de transição (Fe, Co, Ni) é prático usar [\text{Ar}] e depois distribuir os elétrons restantes em 4s e 3d.
  • Lembre-se das exceções famosas (ex.: Cr, Cu) — não se preocupe agora porque não aparecem na sua lista, mas fique atento se aparecerem outros elementos na prova.
  • Se precisar determinar íons, lembre que, na prática, elétrons saem primeiro de 4s e depois de 3d.

Resposta

Be: 1s^2 2s^2
F: 1s^2 2s^2 2p^5
Fe: [\text{Ar}]\,4s^2 3d^6
Co: [\text{Ar}]\,4s^2 3d^7
Ni: [\text{Ar}]\,4s^2 3d^8
Fe (subnível 3d): 6
Co (subnível 3d): 7
Ni (subnível 3d): 8

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