Forneça as configurações eletrônicas para os seguintes íons e suas formas neutras: \mathrm{S}^{2-}, \mathrm{Al}^{3+}, \mathrm{Ca}^{2+}, \mathrm{Br}^{-}, \mathrm{Fe}^{3+} e \mathrm{O}^{2-} e ( \mathrm{S}, \mathrm{Al}, \mathrm{Ca}, \mathrm{Br}, \mathrm{Fe}, \mathrm{O} )

Passo 1

O que o enunciado pede: fornecer as configurações eletrônicas (forma completa e/ou forma com gás nobre) para os seguintes íons e também para as suas formas neutras:
  • Íons: \mathrm{S}^{2-},\\ \mathrm{Al}^{3+},\\ \mathrm{Ca}^{2+},\\ \mathrm{Br}^{-},\\ \mathrm{Fe}^{3+},\\ \mathrm{O}^{2-}.
  • Neutros correspondentes: \mathrm{S},\\ \mathrm{Al},\\ \mathrm{Ca},\\ \mathrm{Br},\\ \mathrm{Fe},\\ \mathrm{O}.
Informações relevantes que usaremos (vindas do enunciado e do problema implícito):
  • Cada elemento tem um número atômico Z (número de prótons) que determina o número de elétrons na forma neutra.
  • Para íons, o número de elétrons muda: para um cátion +\!n remove-se n elétrons; para um ânion -\!n adiciona-se n elétrons.
  • Vou calcular o número de elétrons de cada espécie e escrever a configuração eletrônica adequada.

Passo 2

Conceitos e regras que vou usar (explicação didática):
  • Regra de Aufbau (preenchimento): os elétrons ocupam orbitais em ordem crescente de energia. Uma sequência prática para os primeiros níveis é
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < \dots
Essa ordem significa que, ao montar a configuração, coloca-se elétrons em 4s antes de começar a encher 3d.
  • Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital pode comportar no máximo dois elétrons com spins opostos; por isso escrevemos 1s^2, 2p^6, etc.
  • Regra de Hund: em orbitais degenerados (por exemplo os três 2p ou cinco 3d), primeiro coloca-se um elétron em cada orbital com spins paralelos antes de parear.
  • Para cátions de metais de transição, ao ionizar, os elétrons são removidos primeiro dos orbitais ns (por exemplo 4s) e só depois dos d ( 3d). Por isso, mesmo que 4s seja preenchido antes de 3d, ele é esvaziado primeiro ao formar íons.
  • Notação com gás nobre: em vez de escrever toda a parte interior, usa-se o último gás nobre com configuração completa como atalho. Exemplos muito usados:
    [\mathrm{He}] = 1s^2,\quad [\mathrm{Ne}] = 1s^2\,2s^2\,2p^6,\quad [\mathrm{Ar}] = 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6,\quad [\mathrm{Kr}] = \text{configuração até }Z=36.çãé

Passo 3

Números atômicos Z e como obter o número de elétrons de cada espécie:
  • \mathrm{S}:\\ Z = 16. Portanto \mathrm{S} neutro tem 16 elétrons. \mathrm{S}^{2-} terá 16+2=18 elétrons.
  • \mathrm{Al}:\\ Z = 13. \mathrm{Al} neutro tem 13 elétrons. \mathrm{Al}^{3+} terá 13-3=10 elétrons.
  • \mathrm{Ca}:\\ Z = 20. \mathrm{Ca} neutro tem 20 elétrons. \mathrm{Ca}^{2+} terá 20-2=18 elétrons.
  • \mathrm{Br}:\\ Z = 35. \mathrm{Br} neutro tem 35 elétrons. \mathrm{Br}^{-} terá 35+1=36 elétrons.
  • \mathrm{Fe}:\\ Z = 26. \mathrm{Fe} neutro tem 26 elétrons. \mathrm{Fe}^{3+} terá 26-3=23 elétrons.
  • \mathrm{O}:\\ Z = 8. \mathrm{O} neutro tem 8 elétrons. \mathrm{O}^{2-} terá 8+2=10 elétrons.

Passo 4

Como montar as configurações (exemplo do procedimento):
  • Preencher gradualmente as caixinhas na ordem de energia dada: 1s até completar, depois 2s, 2p, etc., até atingir o número total de elétrons desejado.
  • Sempre que for conveniente, usar atalho do gás nobre: por exemplo, 10 elétrons corresponde a [\mathrm{Ne}]; 18 elétrons corresponde a [\mathrm{Ar}]; 36 elétrons corresponde a [\mathrm{Kr}].
  • Vou aplicar esse procedimento para cada átomo e íon da lista.

Passo 5

Configuração da \mathrm{S} neutra ( Z=16):
  • Preenchemos em ordem: 1s^2 (2 elétrons), 2s^2 (2, total 4), 2p^6 (6, total 10), 3s^2 (2, total 12), restam 16-12=4 elétrons para ocupar 3p.
  • Então a configuração completa é
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4.
  • Em forma com gás nobre:
[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^4.

Passo 6

Configuração da \mathrm{S}^{2-} (ânion com 18 elétrons):
  • Já vimos que 18 elétrons corresponde à configuração do gás nobre argônio.
  • Logo a configuração é
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6,
ou, em forma abreviada,
[\mathrm{Ar}].

Passo 7

Configuração da \mathrm{Al} neutra ( Z=13):
  • Preenchendo: 1s^2 (2), 2s^2 (2, total 4), 2p^6 (6, total 10), restam 3 elétrons para ocupar 3s e 3p: 3s^2 e 3p^1.
  • Configuração completa:
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1.
  • Em forma abreviada:
[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^1.

Passo 8

Configuração da \mathrm{Al}^{3+} (cátion com 10 elétrons):
  • 10 elétrons corresponde ao gás nobre néon.
  • Configuração:
1s^2\,2s^2\,2p^6,
ou
[\mathrm{Ne}].

Passo 9

Configuração da \mathrm{Ca} neutra ( Z=20):
  • Preenchendo até 18 elétrons dá [\mathrm{Ar}]; os dois elétrons adicionais vão para 4s.
  • Configuração:
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2,
ou
[\mathrm{Ar}]\,4s^2.

Passo 10

Configuração da \mathrm{Ca}^{2+} (cátion com 18 elétrons):
  • Ao perder 2 elétrons, o cálcio perde os dois elétrons 4s, ficando com os 18 elétrons de [\mathrm{Ar}].
  • Configuração:
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6,
ou
[\mathrm{Ar}].

Passo 11

Configuração da \mathrm{Br} neutra ( Z=35):
  • Depois de [\mathrm{Ar}] (18 elétrons) sobram 35-18=17 elétrons para preencher: 4s^2 (2, restam 15), 3d^{10} (10, restam 5), e então 4p^5 (5).
  • Configuração completa:
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5.
  • Em abreviado:
[\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5.

Passo 12

Configuração da \mathrm{Br}^{-} (ânion com 36 elétrons):
  • Ao ganhar 1 elétron, \mathrm{Br} chega a 36 elétrons, que é a configuração do gás nobre criptônio [\mathrm{Kr}].
  • Configuração:
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6,
ou
[\mathrm{Kr}].

Passo 13

Configuração da \mathrm{Fe} neutra ( Z=26):
  • Depois de [\mathrm{Ar}] (18 elétrons) sobram 8 elétrons. Preenche-se 4s^2 (2, restam 6) e então 3d^6 (6).
  • Configuração (forma usual):
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^6,
ou
[\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^6.
(Observação didática: algumas representações escrevem 3d^6\,4s^2; ambas indicam os mesmos ocupações.)

Passo 14

Configuração da \mathrm{Fe}^{3+} (cátion com 23 elétrons):
  • Para formar cátion remove-se elétrons primeiro de 4s: retirar 2 elétrons de 4s^2 e mais 1 elétron de 3d^6, restando 3d^5.
  • Assim a configuração do \mathrm{Fe}^{3+} é
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^5,
ou
[\mathrm{Ar}]\,3d^5.
(Esta configuração com 3d^5 é estável e comum para \mathrm{Fe}^{3+}.)

Passo 15

Configuração da \mathrm{O} neutra ( Z=8):
  • Preenchendo: 1s^2 (2), 2s^2 (2, total 4), restam 4 elétrons para 2p: 2p^4.
  • Configuração:
1s^2\,2s^2\,2p^4,
ou
[\mathrm{He}]\,2s^2\,2p^4.

Passo 16

Configuração da \mathrm{O}^{2-} (ânion com 10 elétrons):
  • Ao ganhar 2 elétrons, atinge 10 elétrons, igual a [\mathrm{Ne}].
  • Configuração:
1s^2\,2s^2\,2p^6,
ou
[\mathrm{Ne}].

Resposta

\mathrm{S}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4 \;=\;[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^4\n
\mathrm{S}^{2-}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6 \;=\;[\mathrm{Ar}]\n
\mathrm{Al}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1 \;=\;[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^1\n
\mathrm{Al}^{3+}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6 \;=\;[\mathrm{Ne}]\n
\mathrm{Ca}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2 \;=\;[\mathrm{Ar}]\,4s^2\n
\mathrm{Ca}^{2+}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6 \;=\;[\mathrm{Ar}]\n
\mathrm{Br}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5 \;=\;[\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5\n
\mathrm{Br}^{-}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6 \;=\;[\mathrm{Kr}]\n
\mathrm{Fe}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^6 \;=\;[\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^6\n
\mathrm{Fe}^{3+}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^5 \;=\;[\mathrm{Ar}]\,3d^5\n
\mathrm{O}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^4 \;=\;[\mathrm{He}]\,2s^2\,2p^4\n
\mathrm{O}^{2-}:\\\ 1s^2\,2s^2\,2p^6 \;=\;[\mathrm{Ne}]

Exercícios relacionados