Escreva as configurações eletrônicas dos seguintes íons e determine quais têm configurações de gás nobre:
\mathrm{Zr}^{4+},

Passo 1

O enunciado pede duas coisas sobre o íon \mathrm{Zr}^{4+}: (1) escrever a configuração eletrônica do íon; (2) dizer se essa configuração coincide com a de um gás nobre. Informação dada implícita necessária: o número atômico do Zr é \,Z=40 (ou seja, o átomo neutro tem 40 elétrons). Não há figura nem tabela adicional.

Passo 2

Vou primeiro lembrar qual é a configuração eletrônica do átomo neutro de zircônio ( \mathrm{Zr}) para então tirar elétrons e formar o íon \mathrm{Zr}^{4+}.
Princípios que uso (explicação didática):
  • A regra de Aufbau diz que, na construção da configuração eletrônica de átomos neutros, os elétrons ocupam primeiro os orbitais de menor energia seguindo uma ordem (por exemplo 1s, 2s, 2p, 3s, \dots).
  • Para elementos de transição, é prático usar a abreviação por gás nobre anterior como núcleo eletrônico.
  • O zircônio tem Z=40, e o gás nobre imediatamente anterior é o criptônio ( [Kr], com 36 elétrons). Portanto os quatro elétrons extras ocupam os orbitais exteriores depois de [Kr].
Escrevendo a configuração do neutro:
\mathrm{Zr}:\\ [Kr]\\\ 4d^{2}\\\ 5s^{2}
Aqui significa que, além da estrutura eletrônica do [Kr], há dois elétrons em 4d e dois em 5s.

Passo 3

Agora explico como se formam cátions de elementos de transição (parte importante e que costuma cair em prova):
Regra de remoção de elétrons para íons: quando se remove elétrons de um átomo para formar um cátions (especialmente em metais de transição), os elétrons são removidos primeiro do orbital com maior número quântico principal n, isto é, do orbital mais externo em termos de n. Para o zircônio, os orbitais com n=5 são mais externos que os com n=4, portanto os elétrons do 5s saem antes dos do 4d. Em outras palavras, para transição típica:
  • remover elétrons de ns antes de (n-1)d.
Isso acontece porque ao ionizar, a energia relativa dos orbitais muda e o 4d fica mais estabilizado (relativamente) que o 5s.

Passo 4

Aplicando a regra ao nosso caso: a configuração neutra é [Kr]\\\ 4d^{2}\\\ 5s^{2}. Para formar \mathrm{Zr}^{4+} preciso remover 4 elétrons no total.
Passo a passo da remoção:
  • Removo primeiro os 2 elétrons do 5s:
5s^{2}\longrightarrow 5s^{0}
  • Faltam ainda 2 elétrons a remover; agora removo 2 elétrons do 4d:
4d^{2}\longrightarrow 4d^{0}

Passo 5

Depois de remover esses 4 elétrons, o que resta é exatamente a configuração do criptônio. Portanto a configuração eletrônica do íon é:
\mathrm{Zr}^{4+}:\\ [Kr]
Isto significa que o íon tem 36 elétrons (pois 40-4=36), que é o mesmo número do gás nobre criptônio.

Passo 6

Interpretação final e dica de prova (didática e motivação):
  • Como a configuração resultante é exatamente a de um gás nobre ( [Kr]), podemos afirmar que \mathrm{Zr}^{4+} tem configuração de gás nobre.
  • Dica rápida para prova: para cátions de elementos de transição sempre pense "tira-se primeiro o ns depois o (n-1)d". Isso evita erro comum de remover primeiro o d.

Resposta

\mathrm{Zr}^{4+}:\\ [Kr]
Sim — possui configuração de gás nobre (igual a [Kr]).

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