Explique por que o ferro (Fe), com configuração eletrônica [Ar] 4 s^{2} 3 d^{6}, apresenta os estados de oxidação +2 e+3 como os mais comuns.

Passo 1

O enunciado pede para explicar por que o ferro, cuja configuração eletrônica no estado fundamental é [Ar]\,4s^2\,3d^6, forma preferencialmente os íons com estados de oxidação +2 e +3. Vamos usar conceitos de energia de ionização e estabilidade de subníveis d para justificar esses valores.

Passo 2

A configuração eletrônica neutra do ferro é [Ar]\,4s^2\,3d^6.
Em processo de oxidação, os elétrons removidos são primeiro os do orbital 4s, pois após o preenchimento esse subnível fica energeticamente acima de 3d.

Passo 3

As duas primeiras remoções de elétrons correspondem aos dois elétrons 4s. Essas remoções têm energias de ionização moderadas, com I_1 \approx 7,9\text{ eV} e I_2 \approx 16,2\text{ eV}.
Por isso o íon \mathrm{Fe}^{2+}, de configuração [Ar]\,3d^6, forma-se facilmente em reações químicas.

Passo 4

Para obter o estado \mathrm{Fe}^{3+}, remove-se um terceiro elétron, agora do subnível 3d, resultando em [Ar]\,3d^5.
A configuração 3d^5 é especialmente estável por ser meio preenchida, o que minimiza repulsões eletrônicas e maximiza a energia de troca entre orbitais iguais.

Passo 5

A remoção de um quarto elétron exigiria energia de ionização muito alta I_4\approx54,8\text{ eV} e deixaria [Ar]\,3d^4, configuração bem menos estável que 3d^5. Por isso estados de oxidação acima de +3 são raros no ferro.

Resposta

O ferro exibe principalmente os estados de oxidação +2 e +3 porque as duas primeiras remoções de elétrons 4s exigem energia moderada e o estado +3 confere a configuração 3d^5, de grande estabilidade. Estados superiores demandam energias de ionização muito altas e formam configurações eletrônicas menos favorecidas.

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