Explique as cores dos complexos:
(verde);
(violeta);
(amarelo)
Passo 1
O enunciado pede que eu explique por que os três complexos de cromo têm cores diferentes:
-
(verde); -
(violeta); -
(amarelo).
Informações relevantes fornecidas ou inferíveis diretamente do enunciado:
- Os três complexos são hexacoordenados (octaédricos) em torno do cátion cromo.
- Cada complexo tem a cor observada indicada (verde, violeta, amarelo).
- Não há outras informações experimentais numéricas; a explicação deve usar conceitos de química inorgânica (ligantes, campo cristalino, transições eletrônicas).
Passo 2
Primeiro, a ideia-chave: por que complexos metálicos têm cor?
- A cor de um complexo de um metal de transição geralmente vem de transições eletrônicas que absorvem parte da luz visível.
- Para complexos octaédricos, os orbital d do metal se dividem em dois conjuntos com energias diferentes:
(mais baixa) e (mais alta). A diferença de energia entre esses dois conjuntos é chamada de (energia de separação octaédrica). - Uma transição d–d típica é
; a energia dessa transição é aproximadamente . Essa transição absorve fótons com comprimento de onda tal que
onde
é a constante de Planck e
a velocidade da luz. Logo, maior
corresponde a fótons de maior energia (menor
, luz mais para o azul/violeta); menor
absorve luz de menor energia (maior
, luz mais para o vermelho).
- O que vemos é a cor complementar da luz absorvida. Por exemplo, se o complexo absorve vermelho, ele parecerá esverdeado; se absorve violeta, parecerá amarelo, etc.
Passo 3
Determinar a configuração eletrônica de
nesses complexos (para saber quais transições são relevantes). Calculo do estado de oxidação do Cr em cada complexo:
- Para
: cada tem carga . Seja a carga do Cr:
- Para
: a água é neutra, logo a carga do complexo é a carga do Cr, ou seja . - Para
: cada tem carga , assim
Conclusão: em todos os casos o cromo está em estado
, ou seja
. A configuração eletrônica do átomo neutro Cr é
, então
é
. Portanto cada complexo é um sistema
.
Passo 4
Para um íon
em campo octaédrico:
- Os três elétrons ocupam os orbitais
(menor energia), ficando . Isso é verdade tanto em campo fraco quanto em campo forte: não há elétrons no no estado fundamental. - A transição óptica relevante é então
, cuja energia é aproximadamente . Portanto a cor observada depende principalmente do valor de produzido pelo conjunto de ligantes ao redor do Cr .
Observação sobre intensidade: transições d–d em centros centrosimétricos são Laporte-forbidden (pouco intensas), por isso cores de d–d são geralmente fracas. Ligantes que permitem acoplamento vibronico ou que também introduzem bandas de transferência de carga (LMCT ou MLCT) podem originar bandas mais intensas. Isso explica que alguns complexos com ligantes fortes mostrem cores muito intensas.
Passo 5
Introdução ao conceito prático: série espectroquímica (ordem qualitativa de força de campo dos ligantes). Ligantes comuns ordenados do mais fraco para o mais forte (trecho relevante) é, de modo simplificado:
Significado:
é um ligante de campo forte (grande
),
é um ligante de campo fraco (pequeno
),
fica no meio. Causas físicas (resumo didático, sem jargões pesados):
-
é bom doador σ e tende a doar elétrons ao metal; também é um bom doador π (π-doador), o que geralmente reduz a separação porque eleva a energia dos orbitais . -
é um forte doador σ, mas também é um aceptor π (π-aceptor): ele pode receber densidade eletrônica do metal ( -backbonding), o que estabiliza os orbitais (os baixa de energia) e amplia . -
é moderado: doador σ, pouca interação π efetiva, logo intermediário.
Passo 6
Conectando
com cor observada (complementaridade):
- Maior
→ absorve fótons de maior energia → comprimento de onda absorvido menor (mais para o violeta/azul) → a cor observada é a complementar (mais para o amarelo/laranja). - Menor
→ absorve fótons de menor energia → comprimento de onda absorvido maior (mais para o vermelho) → a cor observada é complementar (mais para o verde).
Em termos de ordem para estes complexos:
Passo 7
Aplicando ao caso concreto (explicações por complexo, ligando teoria e observação):
-
(verde).
- Aqui
é um ligante de campo fraco → pequena . - A transição
absorve fótons de baixa energia (grande ), ou seja cores na região vermelha do espectro. - Como absorve vermelho, a luz transmitida/refletida tem excesso de verde — por isso o complexo aparece verde. Além disso, d–d é fraco, então a cor tende a ser menos intensa que uma banda de transferência de carga.
-
(violeta).
-
é ligante de força intermediária → intermediária. - A transição d–d absorve na região de energia intermediária (por exemplo, verde-amarela), então a luz que sobra tem componente violeta/roxa — o complexo aparece violeta. A intensidade é moderada.
-
(amarelo).
-
é ligante de campo forte (grande ), devido também ao seu caráter -aceptor que estabiliza . - Portanto a transição d–d exige fótons de alta energia (curtas
, na região violeta/ultravioleta). Se a absorção fica no violeta/UV, a luz transmitida/refletida é o amarelo (componente complementar). - Além disso, ligantes como
podem favorecer bandas de transferência de carga (LMCT/MLCT) mais intensas, tornando a cor mais intensa e às vezes deslocando/complexificando o espectro; mas a razão qualitativa da cor amarela continua sendo o grande que desloca a absorção para comprimentos de onda curtos.
Passo 8
Resumo didático e regra prática para a prova (para decorar e aplicar rápido):
- Identifique oxidação e configuração
. Aqui todos são , . - Para octaédrico
, cor vem principalmente de com energia . - Use a série espectroquímica: ligante mais forte → maior
→ absorve luz de maior energia (menor ) → cor observada é complementar mais para o vermelho→verde→amarelo conforme se move para campos mais fortes. - Aplicando:
fraco → pequena → absorve vermelho → aparece verde. intermediário → absorve verde-amarelo → aparece violeta. forte → grande → absorve violeta/UV → aparece amarelo.
Pronto — essa é a cadeia lógica que você deve reproduzir na prova: identificar estado de oxidação e configuração, usar a série espectroquímica para comparar
, lembrar que a cor observada é o complementar da luz absorvida, e mencionar que ligantes fortes também podem produzir bandas mais intensas por transferência de carga.