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
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:
, tetraédrico
Passo 1
O que o enunciado pede e quais dados temos:
- Queremos, para o complexo
(geometria tetraédrica), determinar: a configuração eletrônica nos orbitais de campo cristalino na forma apropriada ( no caso tetraédrico), o número de elétrons desemparelhados e a energia de estabilização do campo ligante expressa em múltiplos de (ou ). - Informação do enunciado: o complexo é tetraédrico.
- Informação necessária que vem da química inorgânica (série espectroquímica):
é um ligante fraco (campo fraco), logo tende a produzir complexos de alto spin.
Nada mais será assumido além disso; a resolução começa a seguir.
Passo 2
Determinar o estado de oxidação do ferro e a contagem de elétrons
:
- A carga total do complexo é
. Cada contribui com carga . Assim, para segue que está em estado de oxidação . Escrevo isso em fórmula: . - Íon
tem configuração eletrônica (pois o Fe neutro é ; removendo 2 elétrons dá ). Logo o complexo tem elétrons para distribuir: .
Passo 3
Entender o diagrama de níveis em tetraedro e decidir alto/baixo spin:
- Em campo tetraédrico os dois conjuntos de orbitais têm degeneracias 2 e 3: conjunto
(2 orbitais) e conjunto (3 orbitais). A ordem energética é invertida em relação ao octaédrico: o conjunto fica mais baixo e mais alto. - As energias relativas (medidas em
, a separação tetraédrica) são obtidas impondo que a soma ponderada das energias seja zero (baricentro) e que a diferença entre os dois níveis seja . Resolvendo isso obtemos os deslocamentos por elétron relativos ao baricentro:
(Explicação curta: com degenerações 2 e 3, escrevemos
e
, resolvemos e obtemos
.)
- Como
é ligante fraco, a separação será pequena, portanto o complexo tetraédrico com será em geral de alto spin (emprego de Hund: maximizar spins antes de emparelhar), ou seja, não esperamos emparelhar além do necessário.
Passo 4
Preencher os orbitais seguindo Hund e contagem de elétrons para
em tetraedro (alto spin):
- O conjunto
(2 orbitais) é mais baixo e pode comportar até 4 elétrons (dois por orbital). O conjunto (3 orbitais) comporta até 6 elétrons. - Para
: primeiro preenchemos o conjunto com 4 elétrons (ficam emparelhados), e os 2 elétrons restantes vão para o conjunto . Em campo fraco/alto spin, esses 2 elétrons em ocupam orbitais diferentes com spins paralelos (Hund), dando 2 elétrons desemparelhados. - Assim a configuração nas notações tetraédricas é
Passo 5
Calcular a energia de estabilização do campo ligante (CFSE) em múltiplos de
e converter para
se desejado:
- Usamos as energias por elétron já obtidas: cada elétron em
tem energia (estabilização) e cada elétron em tem energia (desestabilização). - Para a configuração
a CFSE é Faço as contas passo a passo:
Em forma de fração isso é
. Ou seja, há uma estabilização líquida de
.
- Se quiser expressar em unidades de
, usamos a relação habitual . Então - Observação sobre emparelhamento: não adicionamos custos de energia de emparelhamento (
) aqui; a CFSE calculada é apenas a contribuição do campo de ligantes (energeticamente, a decisão alto/baixo spin dependeria da comparação entre e ganhos por CFSE, mas para tetraédrico com Cl- a escolha alto spin é correta).