Determine a configuração (na forma
ou
, conforme for apropriado), o número de elétrons desemparelhados e a energía de estabilização do campo ligante em múltiplos de \[Delta_{\mathrm{O}}) ou \[Delta_{\mathrm{T}}) 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:
, tetraédrico.]
Passo 1
O enunciado pede que, para o complexo tetraédrico
, eu determine:
- a configuração eletrônica nos níveis de campo tetraédrico (na forma
); - o número de elétrons desemparelhados;
- a energia de estabilização do campo ligante (CFSE) expressa em múltiplos de
(ou , se for conveniente).
Informações relevantes dadas ou deduzíveis do enunciado: - geometria: tetraédrica;
- ligante:
(série espectroquímica indica que é um ligante de campo forte); - metal:
no complexo (neutral), portanto o estado de oxidação é .
Passo 2
Determinar o número de elétrons d do metal no complexo (contagem eletrônica):
- Número atômico de
é ; configuração eletrônica do átomo neutro termina em . - Em
(estado de oxidação ) os elétrons de valência disponíveis para o complexo são os , totalizando elétrons de metais que ocupam orbitais d quando formam o complexo.
Portanto, o metal temelétrons d: .
Passo 3
Relembrando como é o campo de ligantes tetraédrico (aula rápida):
- Em um campo tetraédrico os cinco orbitais d dividem-se em dois grupos: um grupo degenerado de dimensão
chamado (nível inferior) e um grupo degenerado de dimensão chamado (nível superior). - A diferença de energia entre esses grupos é chamada
. As energias relativas (medidas a partir do centro de massa) são obtidas impondo que a soma ponderada das energias seja zero: - degeneracias:
, . - portanto
- degeneracias:
- Observação prática útil:
é menor que ; a relação aproximada é . Isso significa que, em tetraédrico, o campo efetivo tende a provocar menor separação de níveis comparado ao octaédrico.
Passo 4
Preenchimento dos elétrons (princípios usados):
- Regras: primeiro preencher níveis de menor energia (aufbau), respeitar a degenerescência e a regra de Hund (maximizar spin) se houver orbitais degenerate disponíveis e se a energia de emparelhamento
for maior que separação; porém aqui iremos comparar com a contagem e com o fato de serem 10 elétrons. - Temos
: são elétrons para distribuir entre (2 orbitais) e (3 orbitais). Cada orbital comporta até 2 elétrons com emparelhamento. - Preenchendo do nível mais baixo
para o nível mais alto : -
(2 orbitais) recebe elétrons → (todos emparelhados). - restam
elétrons que ocupam os orbitais → (completamente preenchidos, todos emparelhados).
-
- Portanto a configuração tetraédrica é
Passo 5
Número de elétrons desemparelhados:
- Tanto em
quanto em todos os orbitais estão completamente preenchidos (pares de elétrons). - Logo o número de elétrons desemparelhados é
. - Isso concorda com a observação experimental de que
é diamagnético.
Passo 6
Cálculo da energia de estabilização do campo ligante (CFSE):
- CFSE é a soma das contribuições energéticas de cada elétron em seus níveis relativos ao centro de massa. Usamos as energias por elétron achadas no Passo 3:
- cada elétron em
contribui com ; - cada elétron em
contribui com .
- cada elétron em
- Para a configuração
: Calcule: - Portanto a energia de estabilização do campo ligante é
(zero) em múltiplos de . - Se alguém pedir em termos de
, como , ainda assim - Interpretação física: para
em tetraedro os efeitos estabilizantes dos elétrons em níveis inferiores e a desestabilização dos elétrons em níveis superiores se cancelam exatamente, resultando em CFSE nula.
Passo 7
Comentário sobre campo forte/fraco e coerência com
:
- A série espectroquímica diz que
é um ligante de campo forte (tende a aumentar em comparação com ligantes fracos). - Em geometria tetraédrica, mesmo ligantes fortes produzem
geralmente menor que em geometria octaédrica, porque a interação direcional é diferente; entretanto, neste caso específico (d^{10}) a classificação forte/ fraca não altera o número de elétrons desemparelhados nem a CFSE: independentemente de ser grande ou pequeno, preenche todos os níveis e resulta em diamagnetismo e CFSE zero. - Observação final:
é um complexo estável de 18 elétrons e diamagnético, compatível com a nossa conclusão.