Considere os complexos [Fe(H2 O)6]^2+ e[Ru(H2 O)6]^2+, ambos coordenados à água, um ligante de campo intermediário, e responda o que se pede:
a) Quais as configurações eletrônicas que os íons metálicos assumem em cada caso? (considere que a água atua como ligante de campo fraco);
b) Por que esse comportamento ocorre?
c) Qual classificação é dada ao centro metálico em cada caso, em termos de spin alto ou baixo?
d) Qual o comportamento magnético destes complexos?
e) Reflita porque no complexo [Co(H2 O)6]^3+ a configuração é t2 ^6.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício. A gente tem dois complexos metálicos: [Fe(H2 O)6]^2+ e [Ru(H2 O)6]^2+. Ambos estão coordenados com água, que é um ligante de campo fraco. Precisamos analisar as configurações eletrônicas, entender o porquê desse comportamento, classificar o spin, verificar o comportamento magnético e refletir sobre um complexo de cobalto. Para isso, vamos usar conceitos de teoria do campo de ligantes e configuração de elétrons em complexos de metais de transição.

Passo 2

a) Configurações eletrônicas dos íons metálicos
Primeiro, vamos identificar as configurações eletrônicas dos íons metálicos Fe^2+ e Ru^2+.
  • Ferro (Fe): O ferro tem número atômico 26. A configuração eletrônica do átomo neutro é [Ar], 3d^6 4s^2. Perdendo 2 elétrons para formar Fe^2+, retiramos os elétrons 4s primeiro:
    Fe^2+: [Ar], 3d^6
  • Rutênio (Ru): O rutênio tem número atômico 44. A configuração eletrônica do átomo neutro é [Kr], 4d^7 5s^1. Perdendo 2 elétrons para formar Ru^2+, retiramos primeiro o elétron 5s e depois um do 4d:
    Ru^2+: [Kr], 4d^6
Como a água é um ligante de campo fraco, ela não provoca grande separação de energia nos orbitais d, resultando em configurações de spin alto.

Passo 3

b) Por que esse comportamento ocorre?
Esse comportamento ocorre porque a água, sendo um ligante de campo fraco, não força os orbitais d a se separarem bastante em energia. Na teoria do campo de ligantes, ligantes de campo fraco como a água tendem a ter uma diferença de energia menor entre os orbitais t2g e eg. Isso permite que os elétrons prefiram ocupar orbitais de maior energia em vez de se emparelhar, resultando em configurações de spin alto.

Passo 4

c) Classificação do centro metálico em termos de spin alto ou baixo
Como a água atua como um ligante de campo fraco, os complexos tendem a ter configuração de spin alto. Portanto:
  • [Fe(H2 O)6]^2+: Spin alto
  • [Ru(H2 O)6]^2+: Spin alto

Passo 5

d) Comportamento magnético destes complexos
Complexos com spin alto têm mais elétrons desemparelhados, o que os torna paramagnéticos, ou seja, atraem campos magnéticos. Portanto:
  • [Fe(H2 O)6]^2+: Paramagnético
  • [Ru(H2 O)6]^2+: Paramagnético

Passo 6

e) Por que no complexo [Co(H2 O)6]^3+ a configuração é t2g^6
No caso do Co^3+, temos um íon com configuração 3d^6. Embora a água seja um ligante de campo fraco, o estado de oxidação +3 do cobalto aumenta a separação de energia entre os orbitais t2g e eg devido ao maior número de cargas positivas no metal central. Isso favorece o emparelhamento de elétrons, levando a uma configuração de spin baixo:
t2g^6 , eg^0
Essa configuração com todos os elétrons emparelhados resulta em estado diamagnético.

Resposta

Resumindo:
a) Fe^2+: [Ar], 3d^6 e Ru^2+: [Kr], 4d^6;
b) Devido à água ser um ligante de campo fraco, que não separa muito os orbitais d;
c) Ambos os centros metálicos têm spin alto;
d) Os complexos são paramagnéticos;
e) No [Co(H2 O)6]^3+, a configuração t2g^6 ocorre por causa do alto estado de oxidação que favorece o emparelhamento dos elétrons.

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