Calcule as EECCs de complexos cujos ions metálicos possuam as seguintes configurações:
alto
baixo spin e
. 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
(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.
Para um íon com configuração
em um campo octaétrico:
- Distribuição dos elétrons: O único elétron vai para o orbital de menor energia, que é
. - Cálculo da EECC:
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.