Explique porque soluções aquosas de cálcio(II) e de zinco(II) são incolores enquanto soluções de cobre(II) são azuis
Passo 1
O enunciado pede para entender por que soluções aquosas de
e
não têm cor, enquanto soluções de
são azuis. O conteúdo envolvido é química de coordenação e teoria do campo de ligantes: precisamos comparar as configurações eletrônicas desses íons e ver quando há transições eletrônicas que absorvem luz visível.
Passo 2
Determinar a configuração eletrônica de cada cátion em questão partindo dos átomos neutros:
– Átomo de cálcio tem configuração , logo
fica com
, ou seja,
.
– Átomo de zinco tem configuração , logo
fica com
, ou seja,
.
– Átomo de cobre tem configuração , logo
fica com
, ou seja,
.
– Átomo de cálcio tem configuração
– Átomo de zinco tem configuração
– Átomo de cobre tem configuração
Passo 3
Explicar por que
e
são incolores:
Em complexos aquosos de coordenação, a cor surge sobretudo de transições eletrônicas internas aos orbitais (chamadas transições d–d).
– Se o cátion é (caso de
), não há elétrons em orbitais
para sofrer transição.
– Se o cátion é (caso de
), todos os cinco orbitais
estão completamente preenchidos e não há nível vazio abaixo para onde um elétron faça transição de energia na região visível.
Por isso não ocorre absorção de luz visível e a solução permanece incolor.
Em complexos aquosos de coordenação, a cor surge sobretudo de transições eletrônicas internas aos orbitais
– Se o cátion é
– Se o cátion é
Por isso não ocorre absorção de luz visível e a solução permanece incolor.
Passo 4
Mostrar por que
é azul:
Num campo de ligantes octaédrico (como em água) os cinco orbitais do cobre(II) se dividem em dois níveis de energia, chamados
(três orbitais mais baixos) e
(dois orbitais mais altos), separados por um gap de energia
.
Como é
, existe um elétron que pode ser excitado de
para
. Essa transição d–d requer energia correspondente a comprimentos de onda na região visível do espectro.
Num campo de ligantes octaédrico (como em água) os cinco orbitais
Como
Passo 5
Explicar a cor observada em termos de absorção e cor complementar:
A energia absorvida na transição d–d em costuma corresponder à faixa laranja-avermelhada do espectro visível. A luz que não é absorvida e é retransmitida (ou refletida) é a cor complementar, que fica no azul-verde. Por isso soluções aquosas de cobre(II) apresentam coloração azul.
A energia absorvida na transição d–d em
Resposta
Soluções de
e de
são incolores porque não têm elétrons em orbitais d que permitam transições d–d na região visível. Já
é
, permitindo uma transição d–d entre níveis
e
que absorve luz laranja e faz a solução parecer azul.