A cor dos compostos de coordenação depende do desdobramento do campo cristalino. Qual é a ordem crescente de comprimento de onda da luz visível para os complexos
,
e
?
Passo 1
O enunciado pede: determinar a ordem crescente do comprimento de onda da luz visível absorvida por três complexos de cobalto.
As espécies fornecidas são:
As espécies fornecidas são:
Informações relevantes extraídas do enunciado e deduções óbvias:
- Cada complexo é octaédrico (seis ligantes ao redor do cobalto).
- Em todos os casos o estado de oxidação do cobalto é
(por exemplo, e são neutros; tem carga , então para o cobalto deve ser ). Logo o cobalto é , configuração eletrônica . - A pergunta é ordenar os complexos por comprimento de onda absorvido (crescente: do menor para o maior
).
Passo 2
Conceito físico que liga energia de transição ao comprimento de onda: um fóton que promove uma transição eletrônica tem energia
onde
é a constante de Planck,
é a velocidade da luz e
é o comprimento de onda do fóton. Portanto, energia maior corresponde a comprimento de onda menor, e vice-versa. Em símbolos:
Vou usar isso para relacionar a separação de níveis eletrônicos com o comprimento de onda absorvido.
Passo 3
Explicando o que determina a energia da transição nos complexos de coordenação (aulas rápida e prática).
- Em um campo octaédrico, os cinco orbitais d do metal se dividem em dois conjuntos:
(três orbitais mais baixas) e (dois orbitais mais altas). A diferença de energia entre esses conjuntos chama-se desdobramento de campo cristalino . - Transições d–d típicas correspondem aproximadamente à promoção de um elétron de
para ; a energia dessa promoção é da ordem de . - Assim, a energia do fóton absorvido para uma transição d–d é aproximadamente
. Combinando com o passo anterior,
Passo 4
O papel dos ligantes: série espectroquímica (ideia e uso prático).
- Ligantes diferentes exercem campos de força diferentes sobre os orbitais d, produzindo valores distintos de
. - A série espectroquímica ordena ligantes do campo fraco ao campo forte. Uma versão comum (resumida) é:
- Das três espécies do enunciado, a ordem de força de campo é
Passo 5
Relacionando série espectroquímica com
e com
.
- Como ligante mais forte gera maior
, temos:
- Usando
, invertemos as desigualdades para os comprimentos de onda absorvidos:
Passo 6
Breve observação sobre estados de spin e intensidade (para não te deixar com dúvida):
-
é . Para ligantes fortes (como ) o complexo tende a ser low-spin (níveis preenchidos e vazios), o que pode tornar as bandas d–d fracas ou deslocadas para UV. Porém, a ordem relativa dos e, portanto, a ordem dos comprimentos de onda absorvidos, permanece como deduzida acima. - Em prova, a regra prática que sempre funciona é: ligante mais forte → maior
→ absorve luz de menor comprimento de onda.