Para cada um dos seguintes pares de complexos, identifique o que possui a maior EECL:
ou
Passo 1
O que o enunciado pede: identificar, entre os dois complexos, qual possui a maior EECL (energia de separação do campo cristalino em geometria octaédrica). Dados fornecidos (explicitados):
- Complexos:
e . - Ligantes:
(água, neutro) e (cianeto, aniônico). - Cargas dos complexos:
e (já dadas no enunciado).
Informações que vou usar (obtidas do enunciado):
- Estado de oxidação do ferro em cada complexo (vou calcular a seguir).
- Identidade dos ligantes (
e ).
Passo 2
Determinar o estado de oxidação do Fe e o número de elétrons
em cada caso (isso é importante porque a resposta depende de como os elétrons ocupam os orbitais
).
Para
:
- Cada
é neutro, soma dos ligantes = . - Assim
(pela carga do complexo). - Logo o ferro está em
.
Para
:
- Cada
tem carga , seis ligantes somam . - Assim
(charge total do complexo), então . - Logo também é
.
Número de elétrons
do
:
- Ferro neutro tem configuração
. Removendo três elétrons fica . - Então ambos os complexos têm metal com configuração
(ou seja, elétrons nos orbitais ).
Passo 3
O que é EECL? Conceito essencial:
- Em um octaedro, os cinco orbitais
do metal se dividem em dois conjuntos sob o campo criado pelos ligantes: os três orbitais (de menor energia) e os dois (de maior energia). - A EECL, que vou denotar por
, é a diferença de energia entre os níveis e :
- Ligantes diferentes causam diferentes valores de
. A série espectroquímica ordena ligantes do fraco campo (pequeno ) ao forte campo (grande ).
Passo 4
A série espectroquímica e as propriedades dos ligantes relevantes aqui:
- De forma prática, sabe-se experimentalmente que
é um ligante de campo forte (produz grande ), enquanto é um ligante de campo fraco (produz pequeno ). - Intuição química por trás disso (explicação didática):
- Ligantes fortes como
fazem boa sobreposição com orbitais do metal e, além de doarem elétrons ( -doação), podem aceitar densidade eletrônica de volta do metal (pi-aceitação, “backbonding”). Isso estabiliza fortemente os orbitais (os que têm componente apropriada para receber esse backbonding) e aumenta a separação entre e , i.e., aumenta . - Ligantes fracos como
efetuam basicamente -doação moderada e quase não fazem -aceitação, então a estabilização diferencial entre e é menor — fica menor.
- Ligantes fortes como
Passo 5
Como isso se combina com o caso específico
:
- Para um metal
em geometria octaédrica existem duas possibilidades, controladas pela comparação entre e a energia de emparelhamento (energia necessária para emparelhar dois elétrons no mesmo orbital): - Se
, é energeticamente preferível colocar elétrons desemparelhados nos dois níveis e teremos configuração de alto spin:
- Se
, é preferível emparelhar elétrons nos antes de subir para , dando configuração de baixo spin:
- Se
- Ligantes fortes (grande
) favorecem a configuração de baixo spin; ligantes fracos (pequeno ) favorecem alto spin.
Passo 6
Aplicando ao par dado:
-
: ligante é fraco → pequeno → tende a alto spin ( ). -
: ligante é forte → grande → tende a baixo spin ( ). - Conclusão lógica: o complexo com
tem maior (maior EECL) do que o complexo com .
Passo 7
Resumo físico-químico e motivo final (curto e direto):
-
é um ligante forte (forte doador/aceitador por backbonding) que aumenta muito a separação . -
é um ligante fraco, produzindo separação menor. - Portanto
(EECL) é maior para .