Explique, utilizando a hibridização do núcleo metálico, porque o complexo
apresenta maior caráter paramagnético que o complexo
.
Passo 1
O enunciado pede que a gente explique, usando a hibridização do núcleo metálico, por que o complexo
apresenta caráter paramagnético maior que o complexo
.
Informações relevantes fornecidas:
- Os complexos são octaédricos (cada um tem seis ligantes ao redor de
). - Os ligantes são
no primeiro complexo e no segundo. - A pergunta exige uma explicação via hibridização do núcleo metálico (ou seja, como os orbitais do metal participam na formação das ligações e como isso se relaciona com o emparelhamento dos elétrons).
Passo 2
Identificar o estado de oxidação do ferro e o número de elétrons
que o metal possui.
- Ferro neutro tem número atômico 26. Ao perder três elétrons temos
. - A configuração eletrônica de
no subnível é . Ou seja, existem elétrons distribuídos nos orbitais do íon metálico. - Conclusão: em ambos os complexos a contagem eletrônica do metal é
.
Passo 3
Explicar o conceito essencial: separação de níveis em um campo octaédrico, energia de emparelhamento e força do ligante.
- Quando um metal forma um complexo octaédrico, os cinco orbitais
dividem-se em dois grupos de energias diferentes: três orbitais de menor energia chamados e dois de maior energia chamados . Isso é a chamada separação de níveis . - Existe também uma energia necessária para emparelhar dois elétrons no mesmo orbital
; chamamos essa energia de emparelhamento . - A configuração eletrônica final (muitos elétrons desemparelhados ou poucos) depende da competição entre
e : - Se
, é energeticamente mais vantajoso colocar elétrons em orbitais de maior energia ( ) sem emparelhar — gera complexos de alto spin (muitos elétrons desemparelhados). - Se
, é vantajoso emparelhar os elétrons nos orbitais antes de ocuparem — gera complexos de baixo spin (poucos elétrons desemparelhados).
- Se
- Ligantes fortes (como
) aumentam (forte campo) e favorecem baixo spin; ligantes fracos (como ) produzem pequeno e favorecem alto spin.
Passo 4
Relacionar isso com a hibridização do núcleo metálico (inner-orbital vs outer-orbital complexes) — como isso liga ao número de elétrons desemparelhados.
- Há duas formas clássicas de pensar a hibridização em complexos octaédricos:
- “Inner-orbital” (hibridização
): usa-se dois orbitais internos (mais próximos do núcleo) para formar os híbridos. Isso geralmente acontece quando os ligantes são fortes, porque o grande emparelha elétrons e permite usar os internos não ocupados para hibridizar. Esses complexos tendem a ser de baixo spin. - “Outer-orbital” (hibridização
): usa-se dois orbitais externos (de camada superior) para a hibridização. Isso ocorre quando os ligantes são fracos e não emparelham os elétrons, dando lugar a um arranjo de alto spin.
- “Inner-orbital” (hibridização
- Assim, a escolha entre
e está intimamente ligada a versus e, por consequência, ao número de elétrons desemparelhados (que determina o caráter paramagnético).
Passo 5
Aplicar esse raciocínio ao complexo com
: por que é mais paramagnético.
-
é um ligante de campo relativamente fraco. Logo, para temos . - Isso leva a um complexo de alto spin (outer-orbital), com ocupação eletrônica em
e sem emparelhamento excessivo. - Para
em alto spin a distribuição é: Cada um desses elétrons fica desemparelhado (um em cada orbital disponível), resultando em elétrons desemparelhados. - Hibridização associada:
(uso de orbitais externos), típico de complexos de alto spin.
Passo 6
Aplicar ao complexo com
: por que é menos paramagnético.
-
é um ligante de campo forte. Assim, em temos . - Isso favorece o emparelhamento dos elétrons dentro dos orbitais
antes de ocupar . - Para
em baixo spin a distribuição é: Aqui existem apenas elétron desemparelhado (pois cinco elétrons preenchem os três orbitais com emparelhamentos). - Hibridização associada:
(uso de dois internos), típico de complexos de baixo spin.
Passo 7
Quantificar o caráter paramagnético com a fórmula spin-only (para reforçar numericamente a diferença).
- A fórmula “spin-only” para o momento magnético é
onde é o número de elétrons desemparelhados e é o magnetón de Bohr. - Para
: , logo - Para
: , logo - Esses valores confirmam quantitativamente que o complexo aquoso é muito mais paramagnético que o cianeto.
Passo 8
Resposta consolidada e interpretação final (motivo físico curto e objetivo, estilo amigo encorajador)
- Resumindo sem formalidade: a água é um ligante fraco e não emparelha os elétrons do
, então o metal fica com cinco elétrons desemparelhados (configuração de alto spin, hibridização ). Já o cianeto é forte e força o emparelhamento, deixando só um elétron desemparelhado (baixo spin, hibridização ). Logo, o complexo com é bem mais paramagnético que o com .