The red color of rubies is the result of the substitution of some Cr^3+ ions for Al^3+ ions in solid Al2 O3.
(a) Using s p d f notation with the noble gas notation, write the electron configuration for the Cr atom and for the Cr^3+ ion?
(b) Is Cr^2+ paramagnetic? Is Cr^3+ ?
© The radius of the Cr^3+ ion is 64 pm . How does this compare with the radius of the Al^3+ ion?

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre química, focando em configuração eletrônica, propriedades magnéticas e raios iônicos. Precisaremos entender como os elétrons estão distribuídos nos átomos e íons de cromo (Cr) e como isso afeta suas propriedades. Vamos lá!

Passo 2

Primeiro, vamos para a parte (a). Precisamos escrever a configuração eletrônica do átomo de Cr e do íon Cr^3+ usando a notação s p d f com a notação de gás nobre.
Para isso, sabemos que o cromo tem o número atômico 24, ou seja, 24 elétrons. Usamos a notação de gás nobre para simplificar. O gás nobre anterior ao cromo é o argônio, que tem configuração eletrônica [Ar]. Então, adicionamos os elétrons restantes:
Cr: [Ar] , 3d^5 , 4s^1
Note que o cromo tem uma configuração eletrônica especial para maior estabilidade, com meio preenchimento dos orbitais d.
Para o íon Cr^3+, perdemos 3 elétrons. Primeiro, removemos o elétron do orbital 4s e depois dois elétrons dos orbitais 3d:
Cr^3+: [Ar] , 3d^3

Passo 3

Agora, vamos para a parte (b). A pergunta é se os íons Cr^2+ e Cr^3+ são paramagnéticos.
Paramagnético significa que o íon tem elétrons desemparelhados e, por isso, é atraído por um campo magnético. Vamos analisar a configuração eletrônica de cada íon.
Para Cr^2+:
  • O cromo tem 24 elétrons, então Cr^2+ tem 22 elétrons.
  • A configuração eletrônica é [Ar] , 3d^4.
  • Isso significa que há 4 elétrons no orbital 3d, que podem estar distribuídos com dois pares de elétrons e dois elétrons desemparelhados.
Portanto, Cr^2+ é paramagnético.
Para Cr^3+:
  • Já vimos que a configuração é [Ar] , 3d^3.
  • Com 3 elétrons no orbital 3d, todos estão desemparelhados.
Então, Cr^3+ também é paramagnético.

Passo 4

Por último, na parte ©, comparamos o raio do íon Cr^3+ com o do íon Al^3+.
Sabemos que o raio de íons com a mesma carga geralmente diminui à medida que o número atômico aumenta, devido ao aumento da carga nuclear que puxa os elétrons mais próximos.
O raio do Cr^3+ é de 64 pm. O raio do Al^3+ é geralmente menor porque o alumínio tem menos camadas eletrônicas e uma carga nuclear menor comparada ao cromo.
Portanto, o raio do Cr^3+ é maior que o do Al^3+.

Resposta

(a)
  • Átomo de Cr: [Ar] , 3d^5 , 4s^1
  • Íon Cr^3+: [Ar] , 3d^3
(b)
  • Cr^2+ é paramagnético.
  • Cr^3+ é paramagnético.
©
O raio do Cr^3+ (64 pm) é maior que o raio do Al^3+.

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