Calcule as EECCs de complexos cujos ions metálicos possuam as seguintes configurações: d^1, d^4 alto spin, d^6 baixo spin e d^8. Em quais casos poderia ser esperado o efeito Jahn-Teller?

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para calcular a Energia de Estabilização do Campo de Cristal (EECC) para íons metálicos com as seguintes configurações eletrônicas: , de alto spin, de baixo spin e . Além disso, precisamos identificar em quais casos podemos esperar o efeito Jahn-Teller. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre o campo de cristal, regras de montagem eletrônica em complexos de transição e o que é o efeito Jahn-Teller.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar o que é a Energia de Estabilização do Campo de Cristal (EECC). Quando íons metálicos formam complexos com ligantes, os orbitais d dos metais se dividem em diferentes níveis de energia devido à interação com os ligantes. Essa divisão cria uma diferença de energia chamada de EECC = n times De (para octaétrico) ou (para tetraétrico). A EECC é a energia resultante dessa divisão, estabilizando o complexo.
A fórmula geral para calcular a EECC é:
onde é o número de elétrons em orbitais de maior energia multiplicado pelo valor de .
Vamos considerar que estamos trabalhando com um campo de cristal octaétrico, onde é a divisão de energia.

Passo 3

Vamos calcular a EECC para cada configuração eletrônica:

1. EECC = n times (-0.4De

Para um íon com configuração EECC = (3 times -0.4De em um campo octaétrico:
  • Distribuição dos elétrons: O único elétron vai para o orbital de menor energia, que é EECC = 6 times (-0.4De.
  • Cálculo da EECC:
EECC = (6 times -0.4De
Aqui, usamos que cada elétron em contribui com .

2. alto spin

Para de alto spin em um campo octaétrico:
  • Distribuição dos elétrons: Em alto spin, os elétrons ocupam todos os orbitais disponíveis com spins paralelos antes de se emparelhar.
    • : 3 elétrons
    • : 1 elétron
  • Cálculo da EECC:

3. baixo spin

Para de baixo spin em um campo octaétrico:
  • Distribuição dos elétrons: Em baixo spin, os elétrons preferem se emparelhar nos orbitais de menor energia.
    • : 6 elétrons (completamente preenchidos)
    • : 0 elétrons
  • Cálculo da EECC:

4.

Para em um campo octaétrico:
  • Distribuição dos elétrons:
    • : 6 elétrons
    • : 2 elétrons
  • Cálculo da EECC:

Passo 4

Agora, sobre o efeito Jahn-Teller, ele ocorre em complexos onde há degeneração eletrônica nos orbitais ocupados, levando a uma distorção geométrica para reduzir essa degeneração e, consequentemente, a energia do sistema.
Analisando as configurações:
  • : Tem um elétron em orbitais , sem degeneração significativa. Não esperado.
  • alto spin: Há um elétron nos orbitais , que estão degenerados. Efeito Jahn-Teller pode ocorrer.
  • baixo spin: Todos os orbitais estão preenchidos e os estão vazios. Não esperado.
  • : Dois elétrons nos orbitais , que estão degenerados, mas preenchidos de forma simétrica. Em geral, não ocorre.

Resposta

As Energia de Estabilização do Campo de Cristal (EECC) para cada configuração são:
  • :
  • alto spin:
  • baixo spin:
  • :
O efeito Jahn-Teller pode ser esperado somente na configuração alto spin, devido à presença de um elétron nos orbitais degenerados.

Exercícios relacionados