(a) Escreva a configuração do tipo caixa e a considerando o cerne e os eletrons extermos das seguintes espécies: i) Ca^2+ ii) Mg^4+
b) Diga qual elemento está relacionado com as seguintes configurações eletrônicas:
i) um átomo neutro com [Xe] 4 f^14 5 d^10 6 s^2 6 p^1
ii) um átomo com carga 4+e[Ar] 3 d^3
c) Escreva os números quânticos possíveis ( n, l, ml, ms ) de um elétron no orbital 3d um elétron no orbital 4s para o átomo de ferro.

Passo 1

O enunciado pede três coisas:
  • (a) fazer o diagrama do tipo “caixa” (orbital boxes com setas) da configuração eletrônica de dois íons e indicar quais elétrons são do cerne (core) e quais são externos (valência);
  • (b) identificar o elemento (ou cátion) a partir de duas configurações eletrônicas dadas;
  • (c) escrever os números quânticos possíveis (n,ell,mell,ms) para um elétron num orbital 3d e num 4s no átomo de ferro.
    Para resolver isso precisamos lembrar ( 1) da ordem de preenchimento e esvaziamento de orbitais (princípio de Aufbau e remoção sempre de 4s antes de 3d), ( 2) como montar diagramas de caixa com uparrow e downarrow, e ( 3) o significado de cada número quântico.

Passo 2

(a–i) Cálculo para Ca^2+.
1. Começo pelo cálcio neutro: [Ar],4s^2.
2. O cátion Ca^2+ perde primeiro os dois elétrons de 4s, ficando apenas com o core [Ar].
3. Diagrama de caixas até 3p, com 4s vazio:
1s:,[uparrowdownarrow] 2s:,[uparrowdownarrow] 2p:,[uparrowdownarrow],[uparrowdownarrow],[uparrowdownarrow]
3s:,[uparrowdownarrow] 3p:,[uparrowdownarrow],[uparrowdownarrow],[uparrowdownarrow] 4s:,[; ;]
4. O cerne (core) é [Ar] ( 18 elétrons) e não há elétrons de valência porque o 4s está vazio.

Passo 3

(a–ii) Cálculo para Mg^4+.
1. Magnésio neutro: [Ne],3s^2.
2. Para formar Mg^4+ removemos 2 elétrons de 3s (ficando [Ne]) e mais 2 elétrons de 2p, deixando 2p^4.
3. Diagrama de caixas até 2p:
1s:,[uparrowdownarrow] 2s:,[uparrowdownarrow] 2p:,[uparrowdownarrow],[uparrowdownarrow],[uparrowdownarrow](antes de remoção) çã
Após remoção de 2 em 2p:
2p:,[uparrowdownarrow],[uparrowdownarrow],[uparrow,] 3s:,[; ;]
4. O cerne agora é [He] ( 2 elétrons) e os elétrons de valência são os 2s^2,2p^4 ( 6 elétrons na segunda camada).

Passo 4

(b–i) Átomo neutro com configuração [Xe],4f^145d^106s^2 6p^1.
1. Xenônio tem Z=54.
2. Somando 14 ( 4f), 10 ( 5d), 2 ( 6s) e 1 ( 6p) dá 54+14+10+2+1=81.
3. O elemento de número atômico 81 é o tálio, Tl.

Passo 5

(b–ii) Cátion com carga 4+ e configuração [Ar],3d^3.
1. Um cátion M^4+ com 3 elétrons em 3d tem no total 10+3=13 elétrons, logo o átomo neutro original tinha 13+4=17 elétrons.
2. Mas não há elemento do bloco d com Z=17. Em vez disso, usamos a ordem de remoção em transição: para manganês neutro ( Z=25), a configuração é [Ar],3d^5 4s^2.
3. Removendo 4 elétrons ( 2 de 4s e 2 de 3d) sobra [Ar],3d^3.
4. Logo o cátion é Mn^4+ (elemento manganês).

Passo 6

(c) Números quânticos possíveis para um elétron em orbital 3d e um em 4s no átomo de ferro.
1. Orbital 3d:
  • n=3, ell=2.
  • mell pode ser -2,-1,0,+1,+2.
  • Para cada mell, ms=+tfrac12 ou -tfrac12.
    2. Orbital 4s:
  • n=4, ell=0.
  • mell=0.
  • E ms=+tfrac12 ou -tfrac12.

Resposta

(a)
i) Ca^2+: diagrama de caixas até 3p preenchido e 4s vazio (veja o Passo 2). Cerne = [Ar]; elétrons de valência =0.
ii) Mg^4+: diagrama até 2p^4 (veja o Passo 3). Cerne = [He]; elétrons de valência = 2s^2 2p^4.
(b)
i) Tl (tálio).
ii) Mn^4+ (manganês tetravalente).
(c)
Orbital 3d:
n=3,;ell=2,;mellin-2,-1,0,1,2,;msin+tfrac12,-tfrac12
Orbital 4s:
n=4,;ell=0,;mell=0,;msin+tfrac12,-tfrac12

Exercícios relacionados