Determine a configuração (na forma
ou
, conforme for apropriado), o número de elétrons desemparelhados e a energia de estabilização do campo cristalino
ou
para cada um dos seguintes complexos, usando a série espectroquímica para decidir, quando necessário, quais são de campo forte e quais são de campo fraco:
Passo 1
O enunciado pede, para o complexo
: (1) a configuração eletrônica nos orbitais divididos (na forma
ou
, consoante a geometria), (2) o número de elétrons desemparelhados e (3) a energia de estabilização do campo cristalino (
ou
).\n\nInformações relevantes fornecidas e inferíveis diretamente do enunciado:\n- Complexo:
.\n- Ligantes: seis ligantes
(carbonila).\n- Precisamos decidir, quando necessário, se o complexo é de campo forte ou fraco usando a série espectroquímica.\n- Produto final deve indicar se a energia é em função de
(octaédrico) ou
(tetraédrico).
Passo 2
Determinar o estado de oxidação do metal e o número de elétrons
.\n- Cada ligante
é neutro, portanto a carga do complexo neutro implica que o tungstênio está em estado de oxidação
.\n- Tungstênio (
) pertence ao grupo 6 da tabela periódica, portanto um átomo neutro tem
elétrons de valência na subcamada
. Assim, em
o número de elétrons
é
.\n- Em notação matemática: o número de elétrons
é
.
Passo 3
Determinar a geometria esperada do complexo a partir do número de coordenância.\n- Há seis ligantes
número de coordenação
.\n- Complexos com coordenação
adotam normalmente geometria octaédrica. Portanto devemos usar
(splitting octaédrico) para calcular a energia de estabilização.
Passo 4
Decidir se o ligante
é de campo forte ou fraco usando a série espectroquímica e explicar o efeito sobre emparelhamento.\n- A série espectroquímica coloca
entre os ligantes de campo muito forte (está entre os mais fortes, junto com
e
).\n- Ligantes de campo forte aumentam o valor de
de forma que o emparelhamento dos elétrons ocorre dentro dos orbitais de menor energia (
), levando a complexos de baixa spin (low-spin) quando isso for energeticamente favorável.\n- Portanto, para
assumimos campo forte → configuração low-spin.
Passo 5
Preencher a distribuição eletrônica nos orbitais
e
para um diano de
em um campo octaédrico forte (low-spin), e explicar por que.\n- Em um octaedro o conjunto
divide-se em dois níveis:
(três orbitais, energia mais baixa) e
(dois orbitais, energia mais alta).\n- Em campo forte,
é grande; assim os elétrons preferem emparelhar nos orbitais
antes de ocupar
.\n- Temos
elétrons
. Preenchendo os três orbitais
com emparelhamento completo dá
e
.\n- Em notação pedida:
.
Passo 6
Determinar o número de elétrons desemparelhados a partir da configuração encontrada.\n- Configuração
significa que os seis elétrons ocupam os três orbitais
formando
pares completos.\n- Portanto o número de elétrons desemparelhados é
.
Passo 7
Calcular a energia de estabilização do campo cristalino (CFSE) em termos de
e explicar a fórmula usada.\n- Em um campo octaédrico, por convenção, cada elétron em
fica energeticamente a
em relação ao centróide e cada elétron em
fica a
em relação ao centróide. Essas parcelas surgem porque a soma ponderada das energias deve ser zero (centro de massa) e a separação entre os dois níveis é
.\n- A fórmula geral para CFSE é:
- Substituindo
e :
- Observação sobre emparelhamento: em relação a um íon livre hipotético, o arranjo low-spin
emparelha mais elétrons do que o arranjo high-spin; isso implica um custo adicional de energia de emparelhamento ( ) se quisermos comparar estados de spin diferentes. Para , o estado low-spin tem, em comparação com o high-spin, pares extras (ou seja, custo adicional de ). Se o problema exigir a energia total relativa incluindo emparelhamento, deve-se subtrair esse custo: energia total relativa = . Aqui, como pedido, apresentamos a energia de estabilização do campo cristalino em função de : .
Resposta
Configuração:
\n
Elétrons desemparelhados: \n
Energia de estabilização do campo cristalino: (octaédrico, complexo de campo forte devido a
).
Elétrons desemparelhados:
Energia de estabilização do campo cristalino: