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 d de um complexo octaédrico e mostre o preenchimento dos elétrons d para cada íon 3+, supondo um complexo de campo fraco. Quantos elétrons desemparelhados existem em cada caso?

Passo 1

Beleza, vamos lá. O exercício pede três coisas principais:
  1. escrever a configuração eletrônica dos átomos Fe, Mo e Co e dos respectivos íons 3+;
  2. desenhar o diagrama de níveis de energia do campo cristalino octaédrico para orbitais (completamente fraco, ou seja, “high‐spin”);
  3. 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 Fe: 1s^2,2s^2,2p^6,3s^2,3p^6,4s^2,3d^6
  1. Átomo de Fe (Z=26):
    • Preenchendo até 26 elétrons: Fe: [Ar],4s^2,3d^6
    • Mas a gente costuma resumir com a base dos gases nobres: Fe^3+: [Ar],3d^5
  2. Íon Fe :
    • Ao ionizar, sai primeiro os dois e depois mais um do :

Passo 3

Configurações eletrônicas de Mo e Mo Mo: [Kr],5s^1,4d^5
  1. Átomo de Mo (Z=42):
    • Estado fundamental “anômalo”: Mo^3+: [Kr],4d^3
  2. Íon Mo :
    • Sai o elétron e dois do :

Passo 4

Configurações eletrônicas de Co e Co Co: [Ar],4s^2,3d^7
  1. Átomo de Co (Z=27): Co^3+: [Ar],3d^6
  2. Íon Co :
    • Sai e mais um :

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} ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
Mo ( ):
e_g ⎡ ⎤ ⎡ ⎤
t_{2g} ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
Co ( ):
e_g ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
t_{2g} ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤ ⎡ ↑ ⎤
(aqui um dos ganha segundo elétron, formando um par)

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

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