O complexo \left[\mathrm{Ni}(\mathrm{CO})_{4}\right] é importante em processos industriais.
a) Determine o estado de oxidação do Ni;
b) Determine a configuração do orbital d do metal;
c) Preveja a hibridização do composto;
d) Determine sua geometria;
e) Explique a propriedade magnética do composto.
N i-3 d^{8} 4 s^{2}

Passo 1

Vou listar claramente o que o enunciado pede e quais dados foram dados.
  • O enunciado pergunta:
    a) Determinar o estado de oxidação do Ni em \left[\mathrm{Ni}(\mathrm{CO})_{4}\right].
    b) Determinar a configuração do orbital d do metal no complexo.
    c) Prever a hibridização do composto.
    d) Determinar sua geometria.
    e) Explicar a propriedade magnética do composto.
  • Informação fornecida sobre o átomo de Ni no estado fundamental: \mathrm{Ni}:\;3d^{8}\;4s^{2}.
A partir daqui vou resolver, passo a passo, cada item pedindo a conta e a explicação didática de como chegar lá na prova.

Passo 2

Determinar o estado de oxidação do Ni — raciocínio e regra prática.
  • Regra prática simples para complexos com ligantes neutros (como CO): os ligantes neutros não alteram a carga do metal. CO é um ligante neutro (denotado L-type), ou seja, sua carga formal é 0.
  • A soma das cargas do metal e dos ligantes tem que ser igual à carga total do complexo. Aqui o complexo \left[\mathrm{Ni}(\mathrm{CO})_{4}\right] não tem carga exibida, então é neutro.
  • Como cada CO tem carga 0 e o complexo é neutro, o estado de oxidação do Ni deve ser 0.
Conclusão: o estado de oxidação do Ni é 0. (Na prova: identifique sempre se o ligante é neutro ou aniônico; ligantes neutros deixam o metal em mesma carga que a carga do complexo.)

Passo 3

Determinar a configuração do orbital d do metal (contagem de elétrons d).
  • Começando do átomo neutro de Ni: dado que Ni tem configuração 3d^{8}4s^{2}, o número total de elétrons “d” no átomo neutro é 8 na subcamada 3d. Mas quando consideramos o estado de oxidação, ajustamos.
  • Para o estado de oxidação 0 (determinado no Passo 2), o níquel mantém seus elétrons de valência: 3d^{8}4s^{2} combinam-se no conjunto de elétrons de valência do metal. Em química de complexos costuma-se contar os elétrons de valência do metal como sendo 10 (os d^{8} mais os 4s^{2} → total 10).
  • Em termos formais de configuração d do metal no complexo fala-se em d^{10}: todos os cinco orbitais d estão preenchidos.
Conclusão: a configuração d do Ni no complexo é \,d^{10}.

Passo 4

Contagem eletrônica total e checagem da regra dos 18 elétrons (útil para prever estabilidade e comportamento).
  • Método de contagem (método do elétron de valência do metal + pares doadores dos ligantes):
    • Elétrons de valência do metal Ni no estado 0: 10 elétrons (contados como d^{10}).
    • Cada CO doa um par de elétrons ( 2 elétrons) como ligante neutro tipo \sigma-doador.
    • Número de elétrons doados pelos ligantes: 4\times 2 = 8.
  • Total de elétrons no entorno do centro metálico: 10 + 4\times 2 = 10 + 8 = 18.
  • A regra dos 18 elétrons diz que muitos complexos de metais de transição são especialmente estáveis quando o centro metálico alcança 18 elétrons de valência (configuração análoga ao gás nobre). Aqui obtivemos exatamente 18, o que explica a estabilidade bem conhecida de \mathrm{Ni(CO)}_{4}.
Comentário didático rápido: na prova, faça sempre essa conta curta \text{e}^{\text{metal}} + \sum(\text{pares dos ligantes}) para checar a lógica de ligação e se o composto tende a ser estável.

Passo 5

Prever a hibridização (aplicando uma visão simples de valence-bond/hibridização).
  • Observação sobre os orbitais disponíveis: como o conjunto d do Ni está preenchido em grande parte ( d^{10}), os orbitais d não são ideais para formar quatro orbitais híbridos equivalentes destinados a aceitar pares dos ligantes. Portanto, a hibridização usada para formar quatro ligações equivalentes tende a partir dos orbitais 4s e 4p do Ni.
  • Quatro orbitais equivalentes a partir de 4s e três 4p podem combinar para formar quatro híbridos equivalentes: isso é descrito como sp^{3}.
  • Assim, a descrição valence-bond simples e útil para provas é que o Ni usa híbridos sp^{3} (formados por 4s e 4p) para receber os pares de CO e formar quatro ligações Ni–CO equivalentes.
Conclusão: hibridização prevista: sp^{3}.
Nota didática: em química de coordenação essa descrição é aproximada (VBT); versões mais acuradas usam teoria de orbitais moleculares com doação \sigma e retrodoação \pi (backbonding). Mas para prever geometria e emparelhamento, sp^{3} é uma boa escolha prática.

Passo 6

Determinar a geometria com base na hibridização e simetria.
  • Quatro híbridos sp^{3} formam orbitais dirigidos para os vértices de um tetraedro. Portanto a geometria associada é tetraédrica.
  • Experimentalmente \mathrm{Ni(CO)}_{4} é tetraédrico ( T_{d}).
Conclusão: geometria tetraédrica.

Passo 7

Explicar a propriedade magnética do composto (por que é diamagnético).
  • Já determinamos que a configuração d é d^{10}. Isso significa que todos os cinco orbitais d têm elétrons pareados — não há elétrons desemparelhados no metal.
  • Além disso, a interação metal–ligante (doação \sigma do CO e retrodoação \pi do metal para os orbitais \pi^{*} do CO) não cria elétrons desemparelhados; ela apenas redistribui densidade eletrônica mantendo o emparelhamento.
  • Resultado: todos os elétrons do complexo estão pareados → o complexo é diamagnético. Em medidas magnéticas espera-se momento magnético efetivo \mu_{\text{eff}} = 0 (valor prático: muito próximo de zero).
Explicação qualitativa de orbital molecular (para entender no exame): CO doa um par para orbitais vazios do metal (componentes 4s,4p e combinações), enquanto orbitais d ocupados do metal podem doar de volta para orbitais \pi^{*} do CO (backbonding). Isso fortalece a ligação M–CO e reduz energia, mas não gera spins não pareados.

Passo 8

Resumo prático e “como responder na prova” (roteiro curto para cada item).
  • a) Identificar se ligante é neutro → estado de oxidação do metal igual à carga total do complexo.
  • b) Contar elétrons do metal no estado de oxidação obtido (aqui 10 d^{10}).
  • c) Ver quantas ligações sigma formadas e escolher híbridos compatíveis (4 ligações → sp^{3}).
  • d) sp^{3} → geometria tetraédrica.
  • e) Se d^{10}, todos os elétrons emparelhados → diamagnético.
Vai na confiança: siga esses passos rápido na prova e escreve as contas curtas que mostrei.

Resposta

a) Estado de oxidação do Ni: \;0
b) Configuração do orbital d do metal: \;d^{10}
c) Hibridização prevista: \;sp^{3}
d) Geometria: tetraédrica ( T_{d})
e) Propriedade magnética: diamagnético (todos os elétrons emparelhados; momento magnético nulo)

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