1. Um pacote apresentava alguns pregos enferrujados. Frente a esse fato, Gabi e Tomás elaboraram três afirmativas.
    Assinale verdadeira (V) ou falsa (F) em cada uma delas.
    ( ) O número máximo de elétrons que um átomo do quarto nível pode apresentar é 18.
    ( ) A configuração eletrônica do cátion \mathrm{Fe}^{3+} é 1 \mathrm{~s}^{2} 2 \mathrm{~s}^{2} 2 \mathrm{p}^{6} 3 \mathrm{~s}^{2} 3 \mathrm{p}^{6} 4 \mathrm{~s}^{2} 3 \mathrm{~d}^{3}.
    ( ) O quarto nível é o mais energético para o átomo de \mathrm{Fe}^{\circ}.
A sequência correta é
a) F-F-V.
b) V-F-V.
c) F-V-F.
d) V-V-F.
e) V-V-V.

Passo 1

Vou listar claramente o que o enunciado pede e as três afirmativas que devemos julgar como verdadeiras (V) ou falsas (F).
  • A tarefa: marcar V ou F em cada uma das três afirmações sobre elétrons, configuração eletrônica e níveis de energia para o átomo de ferro.
  • Afirmações (copiadas do enunciado):
    1. (A1) O número máximo de elétrons que um átomo do quarto nível pode apresentar é 18.
    2. (A2) A configuração eletrônica do cátion \mathrm{Fe}^{3+} é 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{2}\,3d^{3}.
    3. (A3) O quarto nível é o mais energético para o átomo de \mathrm{Fe}^{\circ} (Fe neutro).
As alternativas fornecidas são:
a) F\!-\!F\!-\!V.
b) V\!-\!F\!-\!V.
c) F\!-\!V\!-\!F.
d) V\!-\!V\!-\!F.
e) V\!-\!V\!-\!V.
Agora vamos analisar cada afirmação passo a passo.

Passo 2

Avaliar a afirmação 1 (A1): “O número máximo de elétrons que um átomo do quarto nível pode apresentar é 18.”
  • Conceito necessário (explicado com calma): o número máximo de elétrons em um nível principal n é dado pela fórmula 2n^{2}. Isso vem do fato de que em cada nível n existem orbitais com diferentes valores de l (subníveis s,p,d,f,\dots), e a soma das capacidades dos subníveis resulta em 2n^{2}. Cada orbital acomoda até 2 elétrons e o número de orbitais num nível n é n^{2}, daí 2n^{2}.
  • Aplicando para n=4: 2n^{2}=2\cdot 4^{2}=2\cdot 16=32.
  • Interpretação: o quarto nível pode comportar até 32 elétrons, não 18. (Obs.: às vezes fala-se em “até 18 elétrons” se considerar apenas subníveis até d preenchidos para certos casos, mas a regra geral e correta para o nível n=4 é 32.)
Conclusão do passo: A1 é falsa.

Passo 3

Avaliar a afirmação 2 (A2): “A configuração eletrônica do cátion \mathrm{Fe}^{3+} é 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{2}\,3d^{3}.”
  • Primeiro, identificar o número atômico de Fe: o ferro tem Z=26. Isso significa que o átomo neutro de ferro tem 26 elétrons.
  • Configuração do átomo neutro (usando a ordem de preenchimento — regra de Aufbau — explicada): preencher orbitais por ordem crescente de energia nominal: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, …
    Assim, a configuração do Fe neutro é 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{2}\,3d^{6},o que soma 2+2+6+2+6+2+6=26 elétrons — ok.
  • Agora, como obter \mathrm{Fe}^{3+}? Para cátions de metais de transição, a regra prática importante (e que precisa ser decorada/entendida) é: ao formar cátions, os elétrons são removidos primeiro dos orbitais de maior número principal n (o elétron de valência), isto é, removem-se os 4s antes dos 3d. Então:
    • \mathrm{Fe}^{0} \to remover 2 elétrons do 4s para formar \mathrm{Fe}^{2+}: fica [{\rm Ar}]\,3d^{6}.
    • Para \mathrm{Fe}^{3+} remover mais 1 elétron (agora de 3d): fica [{\rm Ar}]\,3d^{5}.
  • Escrevendo a configuração completa de \mathrm{Fe}^{3+}: 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{5}.
  • Comparando com a configuração dada no enunciado para \mathrm{Fe}^{3+}: 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{2}\,3d^{3}. Essa configuração está incorreta por dois motivos: mantém 4s^{2} (mas 4s foi esvaziado ao formar cátions do Fe) e distribui os elétrons 3d como 3d^{3} (mas deveriam ser 3d^{5}). Portanto a afirmação é falsa.
Conclusão do passo: A2 é falsa.

Passo 4

Avaliar a afirmação 3 (A3): “O quarto nível é o mais energético para o átomo de \mathrm{Fe}^{\circ}.”
  • Primeiro, o que significa “mais energético” aqui? Em linguagem de provas de Química Geral, costuma-se interpretar “mais energético” como “o nível ocupado por elétrons que têm maior energia (ou os que são mais facilmente removidos)”. Outra leitura prática é: qual é o maior número quântico principal n que possui elétrons no átomo neutro — esse é o nível mais externo e geralmente o de maior energia relativa.
  • Para o Fe neutro a configuração é, como vimos, 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{2}\,3d^{6}.Os elétrons ocupam níveis com n=1,2,3,4. O maior n ocupado é n=4 (os elétrons 4s^{2}).
  • Além disso, na prática experimental e teórica observa-se que, para os metais de transição, os elétrons 4s são geralmente os primeiros a serem removidos quando se forma cátions — isto indica que os elétrons do nível n=4 estão em energia mais alta (menos ligados) do que alguns elétrons do nível n=3. Ou seja: o nível 4 é, de fato, energeticamente mais alto que o nível 3 para esses elétrons.
  • Portanto, interpretando “o quarto nível é o mais energético” como “o nível de maior energia ocupado por elétrons em Fe neutro é o quarto nível ( n=4)”, a afirmação é verdadeira.
Conclusão do passo: A3 é verdadeira.

Passo 5

Juntando os resultados obtidos:
  • A1: falsa.
  • A2: falsa.
  • A3: verdadeira.
Agora relaciono essa sequência com as alternativas fornecidas: F\!-\!F\!-\!V corresponde à alternativa (a).

Resposta

a) F\!-\!F\!-\!V

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