Para cada um dos seguintes metais, escreva a configuração eletrônica do átomo e de seu íon 3+: (a) Fe ; (b) Mo; © Co. Desenhe o diagrama de níveis de energia do campo cristalino para os orbitais
de um complexo octaédrico e mostre o preenchimento dos elétrons
para cada íon
, supondo um complexo de campo fraco. Quantos elétrons desemparelhados existem em cada caso?
Passo 1
Beleza, vamos lá. O exercício pede três coisas principais:
- escrever a configuração eletrônica dos átomos Fe, Mo e Co e dos respectivos íons 3+;
- desenhar o diagrama de níveis de energia do campo cristalino octaédrico para orbitais
(completamente fraco, ou seja, “high‐spin”); - contar quantos elétrons ficam desemparelhados em cada íon 3+.
Para isso a gente vai usar:
- regras de Aufbau (preenchimento
antes de , e ao ionizar sai primeiro de ); - noções básicas de campo cristalino octaédrico: separação em níveis
(mais baixo) e (mais alto); - e o princípio de Hund para preencher com o máximo de elétrons desemparelhados (caso “campo fraco”).
Passo 2
Configurações eletrônicas de Fe e Fe
- Átomo de Fe (Z=26):
- Preenchendo até 26 elétrons:
- Mas a gente costuma resumir com a base dos gases nobres:
- Preenchendo até 26 elétrons:
- Íon Fe
: - Ao ionizar, sai primeiro os dois
e depois mais um do :
- Ao ionizar, sai primeiro os dois
Passo 3
Configurações eletrônicas de Mo e Mo
- Átomo de Mo (Z=42):
- Estado fundamental “anômalo”:
- Estado fundamental “anômalo”:
- Íon Mo
: - Sai o elétron
e dois do :
- Sai o elétron
Passo 4
Configurações eletrônicas de Co e Co
- Átomo de Co (Z=27):
- Íon Co
: - Sai
e mais um :
- Sai
Passo 5
Campo cristalino octaédrico (fraco = high‐spin)
- Os cinco orbitais
se separam em:
• nível mais baixo(3 orbitais)
• nível mais alto(2 orbitais) - Em campo fraco a diferença
é pequena, então a gente preenche primeiro cada orbital com um elétron (Hund) antes de emparelhar.
Desenho esquemático (setas = elétrons):
Fe
(
):
e_g ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
t_{2g} ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
e_g ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
t_{2g} ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
Mo
(
):
e_g ⎡ ⎤ ⎡ ⎤
t_{2g} ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
e_g ⎡ ⎤ ⎡ ⎤
t_{2g} ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
Co
(
):
e_g ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
t_{2g} ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
(aqui um dos ganha segundo elétron, formando um par)
e_g ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
t_{2g} ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
(aqui um dos
Passo 6
Contagem de elétrons desemparelhados
- Fe
, high‐spin → 5 orbitais com 1 elétron cada → 5 desemparelhados - Mo
, high‐spin → 3 elétrons em 3 orbitais → 3 desemparelhados - Co
, high‐spin → 4 orbitais com 1 elétron + 1 orbital com par → 4 desemparelhados
Resposta
(a) Fe
: 5 elétrons desemparelhados
(b) Mo : 3 elétrons desemparelhados
© Co : 4 elétrons desemparelhados
(b) Mo
© Co