4- Escreva as configurações eletrônicas para os seguintes íons (a) { }^{(20)} \mathrm{Ca}^{2+}, (b) { }^{(16)} \mathrm{S}^{2-}.

Passo 1

O enunciado pede para escrever as configurações eletrônicas de dois íons: (a) \mathrm{Ca}^{2+} com número atômico indicado como 20 e (b) \mathrm{S}^{2-} com número atômico indicado como 16.
Informações dadas que vamos usar: o número atômico Z de cada elemento ( Z(\mathrm{Ca})=20, Z(\mathrm{S})=16) e as cargas dos íons ( 2+ e 2-). A tarefa é determinar a distribuição dos elétrons em orbitais para cada íon.

Passo 2

Como descobrir quantos elétrons cada íon tem (regra básica).
  • Para um cátion com carga +q (ex.: \mathrm{Ca}^{2+}) o número de elétrons é Z - q .
  • Para um ânion com carga -q (ex.: \mathrm{S}^{2-}) o número de elétrons é Z + q .
    Aplicando:
  • \mathrm{Ca}^{2+}: Z(\mathrm{Ca})=20 então elétrons =20-2=18.
  • \mathrm{S}^{2-}: Z(\mathrm{S})=16 então elétrons =16+2=18.
    Ou seja, ambos os íons têm 18 elétrons — interessante: isso significa que cada um alcança a configuração do gás nobre argônio.

Passo 3

Regra de preenchimento (Aufbau) e princípios que usamos ao distribuir elétrons nos orbitais:
  • Ordem típica de preenchimento (mais simples pra estes casos): 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, …
  • Cada orbital tem capacidade: s comporta 2 elétrons, p comporta 6 elétrons, d comporta 10.
  • Princípio de exclusão de Pauli: máximo 2 elétrons por orbital com spins opostos.
  • Regra de Hund: ao preencher orbitais degenerados (como p), primeiro coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de parear.
    Para nossos íons (até 18 elétrons) só precisamos de 1s, 2s, 2p, 3s e 3p.

Passo 4

Preenchendo passo a passo até 18 elétrons (conto os elétrons acumulados):
  • 1s comporta 2: acumulado 2. Configuração parcial: 1s^2.
  • 2s comporta 2: acumulado 2+2=4. Parcial: 1s^2\,2s^2.
  • 2p comporta 6: acumulado 4+6=10. Parcial: 1s^2\,2s^2\,2p^6.
  • 3s comporta 2: acumulado 10+2=12. Parcial: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2.
  • 3p comporta 6: acumulado 12+6=18. Parcial/final: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6.
    Chegamos a 18 elétrons, então paramos aqui.

Passo 5

Comentário específico sobre \mathrm{Ca}^{2+}: o átomo neutro de cálcio tem 20 elétrons e configuração neutra frequentemente escrita como [ \mathrm{Ar} ]\,4s^2, ou seja 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2. Ao formar \mathrm{Ca}^{2+} perde-se primeiro os elétrons do orbital 4s, removendo os 2 elétrons 4s, ficando exatamente com a configuração de argônio: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6 (também escrita como [\mathrm{Ar}]).

Passo 6

Comentário específico sobre \mathrm{S}^{2-}: o átomo neutro de enxofre tem 16 elétrons, configuração neutra 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4. Ao ganhar 2 elétrons para formar \mathrm{S}^{2-}, esses elétrons entram no orbital 3p, completando 3p^6 e resultando na mesma configuração de argônio: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6 (ou [\mathrm{Ar}]).

Passo 7

Resumo final: ambos os íons têm 18 elétrons e a configuração eletrônica correspondente é a configuração do gás nobre argônio.

Resposta

(a) \mathrm{Ca}^{2+}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6
(b) \mathrm{S}^{2-}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6

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