Para cada um dos seguintes pares de complexos, identifique o que possui a maior EECL:
ou
Passo 1
O enunciado pede: comparar a energia de estabilização do campo cristalino (EECL) entre os dois complexos octaédricos com água como ligante:
e
.
Informações dadas explicitamente pelo enunciado que vamos usar:
Informações dadas explicitamente pelo enunciado que vamos usar:
- Ambos são complexos com seis ligantes água, portanto geometria octaédrica.
- Ambos têm carga total
. - Os ligantes são
(aquo), que é um ligante de campo relativamente fraco (informação padrão da série espectroquímica).
Passo 2
Determinar os estados de oxidação dos metais.
A água é um ligante neutro, então a carga do íon metálico é igual à carga do complexo.
Para temos que o cromo está em estado de oxidação
, isto é
.
Para o manganês está em estado de oxidação
, isto é
.
A água é um ligante neutro, então a carga do íon metálico é igual à carga do complexo.
Para
Para
Passo 3
Calcular o número de elétrons
em cada metal (contagem de d-elétrons).
Método prático: número de elétrons = número do grupo do elemento (elétrons de valência d + s) menos a carga de oxidação.
Método prático: número de elétrons
- Cromo (Cr) é do grupo 6 → elétrons de valência
. Então para : . Logo é . - Manganês (Mn) é do grupo 7 → elétrons de valência
. Então para : . Logo é .
Passo 4
Decidir se os complexos são de alto spin ou baixo spin.
A água ( ) é um ligante de campo fraco na série espectroquímica, portanto em octaédrico tende a produzir complexos de alto spin (os elétrons ocupam orbitales de forma a maximizar spins segundo a regra de Hund). Então assumimos configurações high-spin para ambos:
A água (
-
( ) → configuração high-spin octaédrica: . -
( ) → configuração high-spin octaédrica: .
Passo 5
Apresentar a fórmula e o conceito da EECL (CFSE).
A energia de estabilização do campo cristalino (EECL) em um campo octaédrico é calculada contando quantos elétrons ocupam níveis e
e usando os fatores de estabilização relativos:
A energia de estabilização do campo cristalino (EECL) em um campo octaédrico é calculada contando quantos elétrons ocupam níveis
- Cada elétron em
contribui com (estabiliza). - Cada elétron em
contribui com (desestabiliza, pois fica mais alto que a média).
Portanto a expressão usada é
onde
é a separação de energia entre os conjuntos
e
no campo octaédrico. Notar que valores negativos significam estabilização líquida.
Passo 6
Calcular a EECL para
(
,
, high-spin).
Configuração high-spin: , então
e
.
Aplicando a fórmula:
Configuração high-spin:
Aplicando a fórmula:
Comentário sobre emparelhamento: em
todos os elétrons estão desemparelhados em orbitais diferentes (sem pares adicionais), então não há custo extra de energia de emparelhamento a considerar aqui comparado ao estado não ligado.
Passo 7
Calcular a EECL para
(
,
, high-spin).
Configuração high-spin: , então
e
.
Aplicando a fórmula:
Configuração high-spin:
Aplicando a fórmula:
Comentário sobre emparelhamento: em
high-spin todos os cinco elétrons ficam desemparelhados (um em cada orbital disponível), então também não há custo extra de emparelhamento relativo aqui.
Passo 8
Comparação e interpretação física.
- Obtivemos
(estabilização líquida). - Obtivemos
(nenhuma estabilização líquida pelo campo).
Como valores mais negativos significam maior estabilização pelo campo cristalino,tem maior EECL que .
Passo 9
Observação sobre suposições e casos extremos (importante para prova).
- A conclusão assume que
é ligante de campo fraco, portanto os complexos são high-spin — isto é padrão e é o que se espera na maioria das questões desse tipo. - Se alguém hipoteticamente forseasse um campo muito forte (caso raro para
), as configurações poderiam ser low-spin e as EECL mudariam; porém, sob as condições normais de aquo-complexos, a análise high-spin é a correta. - Também note que aqui comparamos apenas a contribuição do campo (
); como os emparelhamentos extras foram nulos em ambos os casos, não precisamos ajustar por energia de emparelhamento adicional.