Escreva as configurações eletrônicas no estado fundamental dos seguintes metais de transição: # "V" ^ (5 +) #, # "Au" ^ (3 +) # e # "Fe" ^ (2 +) #?

Primeiro, vamos dar uma olhada naqueles para o átomo neutro e depois trabalhar para o cátion.

VANADIUM (V)

#"V"# is número atômico #23#, então sua configuração é #1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^3 4s^2#. Em resumo, é #[Ar] 3d^3 4s^2#. Esta é uma configuração esperada; não é um elemento estranho.

Uma vez que o #4s# orbital é mais alto em energia, seus elétrons serão removidos primeiro. Não que isso importe aqui, porque exatamente #5# elétrons são removidos:

#color(blue)("V"^(5+) -> 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 -= [Ar])#

OURO (III)

#"Au"# é um número atômico #79#, então sua configuração é #1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^10 4s^2 4p^6 4d^10 5s^2 5p^6 4f^14 5d^10 6s^1#. Em resumo, é #[Xe] 4f^14 5d^10 6s^1#.

Isso é estranho, não apenas porque o ouro quer adquirir uma #5d# subshell, mas é mais provável também algo a ver com a alta quantidade de efeitos de contração relativística; O #s# elétrons se aproximam da velocidade da luz e são frequentemente mais do núcleo do que mais perto, diminuindo o raio da #1s# orbital por #~22%#e outros orbitais um pouco também.

Vamos examinar o radial densidade distribuição do #6s#, #5d#e #4f# orbitais de valência para ver como isso acontece:

Por um longo tiro, o #4f# é o mais penetrante, significando que a maior parte de sua densidade de elétrons está centrada perto o núcleo de ouro. Mais adiante estão os #5d# elétrons e, em seguida, o #6s# elétrons.

Isso sugere que o #6s# orbital, que tem maior densidade de elétrons mais longe do núcleo, possui elétrons que são menos atraídos para o núcleo (menor #Z_(eff)#) do que aqueles no #5d# or #4f# orbitais e, portanto, contém o primeiro elétron isso é mais fácil de remover durante a ionização.

O #5d# contém o próximos dois elétrons que serão removidos durante a segunda e terceira ionizações.

Então, teríamos:

#color(blue)("Au"^(3+) -> 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^10 4s^2 4p^6 4d^10 5s^2 5p^6 4f^14 5d^8 -= [Xe] 4f^14 5d^8)#

FERRO (II)

#"Fe"# é um número atômico #26#, então sua configuração é #1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^6 4s^2#. Em resumo, é #[Ar] 3d^6 4s^2#. Esta é uma configuração esperada; não é um elemento estranho.

A primeira e a segunda ionizações removeriam o #4s# elétrons, que são mais energéticos do que os #3d# elétrons, então temos:

#color(blue)("Fe"^(2+) -> 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^6 -= [Ar] 3d^6)#