Faça a distribuição em quadrículas (elétrons em caixas) para os elétrons de valência de cada um dos seguintes elementos e indique o número de elétrons desemparelhados de cada um:
Fe;

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o elemento ferro (Fe):
  • Fazer a distribuição em quadrículas (diagrama de caixas) apenas para os elétrons de valência.
  • Indicar o número de elétrons desemparelhados dessa distribuição.
Informações dadas/implícitas:
  • O elemento é o ferro, símbolo \mathrm{Fe}.

Passo 2

Determinar quantos elétrons tem o ferro e sua configuração eletrônica básica (para saber quais são os elétrons de valência).
  • O número atômico do ferro é Z=26, ou seja, tem 26 elétrons.
  • A configuração eletrônica (pela ordem de preenchimento) é
\mathrm{Fe}:\\ [\mathrm{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{6}.
Aqui [\mathrm{Ar}] representa a configuração do argônio ocupando as camadas internas até 3p. Não precisamos desenhar essas camadas internas porque o enunciado pede só os elétrons de valência.

Passo 3

Definir quais orbitais consideramos valência para o ferro e quantos elétrons eles têm.
  • Para metais de transição como o ferro, é usual considerar elétrons de valência os do orbital ns mais externo e os do orbital (n-1)d. Para o ferro isso significa considerar os elétrons em 4s e em 3d.
  • Pelas potências da configuração acima, os elétrons de valência são
4s^{2}\quad\text{e}\quad 3d^{6},
ou seja, um total de 2+6=8 elétrons de valência.

Passo 4

Regras para montar a distribuição em quadrículas (caixas), passo a passo e com explicação didática.
  • Pauli: cada orbital (cada caixa) comporta no máximo dois elétrons com spins opostos; representamos spins por \uparrow e \downarrow.
  • Hund: ao preencher orbitais degenerados (mesma energia, como os cinco orbitais 3d), coloca-se primeiro um elétron por orbital com spins paralelos ( \uparrow) até que todos tenham um elétron; só depois começam a emparelhar ( \uparrow\downarrow).
  • Número de orbitais: o subnível s tem 1 orbital (1 caixa); o subnível d tem 5 orbitais (5 caixas).
Aplicando essas regras:
  • Para 4s^{2}: a caixa 4s receberá dois elétrons emparelhados: \uparrow\downarrow.
  • Para 3d^{6}: existem 5 caixas. Colocamos primeiro 5 elétrons como \uparrow em cada caixa (um em cada), depois o 6.º elétron deve emparelhar em uma das caixas já ocupadas. O resultado é: quatro caixas com um elétron ( \uparrow) e uma caixa com dois elétrons ( \uparrow\downarrow).

Passo 5

Escrever explicitamente o diagrama em caixas (somente para os elétrons de valência) usando a notação de caixas com setas:
  • Caixa 4s:
4s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
  • Caixas 3d (cinco orbitais do subnível d; ordem das caixas arbitrária, mostrando a ocupação final):
3d:\\ \boxed{\uparrow}\\ \boxed{\uparrow}\\ \boxed{\uparrow}\\ \boxed{\uparrow}\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
Observação: esta distribuição segue Hund (primeiro um em cada orbital) e depois um emparelhamento, resultando em exatamente quatro orbitais 3d com um elétron desemparelhado cada.

Passo 6

Contar os elétrons desemparelhados a partir do diagrama:
  • No 4s não há elétrons desemparelhados (estão emparelhados: \uparrow\downarrow).
  • No 3d há quatro caixas com um \uparrow cada — portanto 4 elétrons desemparelhados.
  • Total de elétrons desemparelhados em \mathrm{Fe} (considerando os elétrons de valência) é 4.

Resposta

4s:\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
3d:\\ \boxed{\uparrow}\\ \boxed{\uparrow}\\ \boxed{\uparrow}\\ \boxed{\uparrow}\\ \boxed{\uparrow\downarrow}
Número de elétrons desemparelhados: 4

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