Para o composto de coordenação de spin baixo
, identifique o seguinte:
(a) o número de oxidação do ferro
(b) o número de coordenação para o ferro
(c) a geometria de coordenação do ferro
(d) o número de elétrons desemparelhados por átomo de metal
(e) se o complexo é diamagnético ou paramagnético
(f) o número de isômeros geométricos
(a) o número de oxidação do ferro
(b) o número de coordenação para o ferro
(c) a geometria de coordenação do ferro
(d) o número de elétrons desemparelhados por átomo de metal
(e) se o complexo é diamagnético ou paramagnético
(f) o número de isômeros geométricos
Passo 1
O enunciado dá o composto
e diz que é spin baixo (low-spin). Ele pede, separadamente:
(a) o número de oxidação do ferro;
(b) o número de coordenação do ferro;
(c) a geometria de coordenação do ferro;
(d) o número de elétrons desemparelhados por átomo de metal;
(e) se o complexo é diamagnético ou paramagnético;
(f) o número de isômeros geométricos.
(a) o número de oxidação do ferro;
(b) o número de coordenação do ferro;
(c) a geometria de coordenação do ferro;
(d) o número de elétrons desemparelhados por átomo de metal;
(e) se o complexo é diamagnético ou paramagnético;
(f) o número de isômeros geométricos.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado que vamos usar:
- A fórmula do composto:
. - O ligante
(etilenodiamina) é um ligante bidentado neutro (cada doa duas pares de elétrons e não tem carga). - Há um
fora do colchete (contra-íon) e dois ligados ao metal no complexo. - O complexo é declarado como spin baixo (isso orienta como os elétrons ocupam os orbitais d).
Passo 2
Determinar o número de oxidação do ferro — método e cálculo passo a passo.
Primeiro, introduzo uma variável para o número de oxidação do ferro: chame de
o estado de oxidação de
.
Agora escrevo a soma das cargas dentro do íon complexo (o conteúdo dos colchetes) e igualo à carga do íon complexo. Observando a fórmula:
, há um
fora do colchete, então o íon complexo dentro do colchete deve ter carga
para balancear esse
.
Sabendo que:
- cada
é neutro → carga por ; - cada
coordenado é um ligante monodentado com carga .
Faço a equação de conservação de cargas para o cátion complexo:
Resolvo:
Portanto o ferro está no estado de oxidação
.
Passo 3
Determinar o número de coordenação do ferro — definição e aplicação.
Definição curta e prática: o número de coordenação é o número de pares de elétrons (ou sítios) do metal ocupados por ligantes, isto é, quantos átomos estão diretamente ligados ao metal.
Contagem:
- cada ligante
é bidentado → doa em dois sítios para o metal. Temos ligantes → sítios ocupados; - além disso há
ligantes monodentados → sítios.
Somando:
Logo o número de coordenação do ferro é
.
Passo 4
Determinar a geometria de coordenação — argumentos físicos e exemplos.
Para número de coordenação
, a geometria mais comum é a octaédrica: o metal no centro e seis ligantes nos vértices de um octaedro. Outra possibilidade teórica é uma prismática trigonial, mas para complexos com ligantes bidentados como
e com a maioria dos metais de transição a geometria octaédrica é a que prevalece experimentalmente e é também a mais estável (checa melhor empacotamento e interações electrónicas).
Além disso,
forma pares adjacentes que fecham anéis de quelato em torno do metal e isso encaixa bem numa geometria octaédrica.
Portanto a geometria de coordenação do ferro é octaédrica.
Passo 5
Determinar o número de elétrons d e a distribuição (e explicar o conceito de spin baixo) — passo a passo.
Primeiro conto os elétrons d do metal no seu estado de oxidação encontrado (
).
Recordando a configuração eletrônica do ferro neutro:
tem configuração
. Ao perder três elétrons para formar
, a configuração d fica:
Ou seja, há
elétrons nos orbitais d.
Agora, para um complexo octaédrico, os cinco orbitais d dividem-se em dois grupos de energia por interação com os ligantes: os três orbitais de menor energia denominados
e os dois de maior energia denominados
. A diferença de energia entre esses grupos é chamada de separação cristaloquímica
.
Conceito de spin baixo vs spin alto:
- Em spin baixo (low-spin),
é grande em comparação com a energia de emparelhamento . Então os elétrons preferem emparelhar nos orbitais antes de ocupar os . - Em spin alto (high-spin),
é pequeno e os elétrons ocupam mais orbitais distintos antes de emparelhar.
O enunciado diz explicitamente que o complexo é spin baixo, então usamos a ocupação low-spin para
em campo octaédrico:
- Preenchemos primeiro os
com emparelhamento quando necessário até termos 5 elétrons: isto dá .
Escrevendo a distribuição:
Agora conto elétrons desemparelhados: em
temos dois orbitais completamente pareados (4 elétrons) e um orbital com um único elétron (1 elétron desemparelhado). Assim o número de elétrons desemparelhados por átomo de metal é
.
Passo 6
Determinar se o complexo é diamagnético ou paramagnético — definição e aplicação.
Definições rápidas:
- Diamagnético: todos os elétrons estão emparelhados → não há momento magnético de spin e o composto não é atraído por campo magnético (levemente repelido).
- Paramagnético: há elétrons desemparelhados → o composto possui momento magnético e é atraído por campo magnético.
Como já concluímos que há
elétron desemparelhado por átomo de
, o complexo é paramagnético.
Comentário adicional útil para prova: o momento magnético esperado (valor spin-only) para
elétrons desemparelhados é
No nosso caso
, então
Passo 7
Determinar o número de isômeros geométricos — análise e resultados.
Para um complexo octaédrico com fórmula geral
(aqui
,
), as possibilidades geométricas principais quanto à posição das duas
coordenadas ao redor do octaedro são:
- trans: as duas
ficam em posições opostas (180° entre si); - cis: as duas
ficam adjacentes (90° entre si).
Essas são as duas isomerias geométricas clássicas (cis e trans), portanto há
isômeros geométricos.
Observação extra (útil na prova): o isômero cis, por envolver dois ligantes bidentados dispostos de modo não superponível com sua imagem especular, é quiral e existe como um par de enantiômeros (duas formas ópticas, Δ e Λ). O isômero trans é geralmente achiral. Assim, se a pergunta fosse por número total de isômeros estereoisoméricos (contando isômeros geométricos e enantiômeros), teríamos
estereoisômeros no total: o trans (1) e o par de enantiômeros do cis (2), somando 3. Mas como a pergunta pediu especificamente “isômeros geométricos”, a resposta direta é
(cis e trans).
Resposta
(a)
(b)
(c) octaédrica
(d) elétron desemparelhado por átomo de metal
(e) paramagnético
(f) isômeros geométricos (cis e trans)
(b)
(c) octaédrica
(d)
(e) paramagnético
(f)