O íon cobalto(III) pode formar 2 complexos:
a) Determine a hibridização do composto;
b) Indique qual composto apresenta elétrons desemparelhados;
c) Explique a diferença dessa configuração com base na propriedade do ligante.
b) Indique qual composto apresenta elétrons desemparelhados;
c) Explique a diferença dessa configuração com base na propriedade do ligante.
Passo 1
O enunciado dá dois complexos de cobalto(III):
e pede:
- (a) determinar a hibridização de cada composto;
- (b) indicar qual composto apresenta elétrons desemparelhados (e quantos);
- (c) explicar a diferença entre as configurações com base na propriedade do ligante.
Informação dada sobre cobalto atômico:
.
Passo 2
Calcular a configuração eletrônica do íon
.
Regras básicas: ao formar cátions, os elétrons do orbital são removidos primeiro, depois os do
. Portanto:
Regras básicas: ao formar cátions, os elétrons do orbital
removendo três elétrons (para formar
) tira-se os dois de
e um de
:
Então nos dois complexos o metal central tem configuração eletrônica de partida
.
Passo 3
Explicar como funciona o campo de ligações em geometria octaédrica (princípios que vamos usar).
- Num campo octaédrico, os cinco orbitais
do metal se dividem em dois conjuntos com energia diferente: os três orbitais (mais baixos) e os dois (mais altos). Chamamos a diferença de energia entre esses conjuntos de (splitting octaédrico). - Ao colocar
elétrons em -orbitais octaédricos, há duas possibilidades competitivas: - Emparelhar elétrons no mesmo orbital custa uma energia chamada energia de emparelhamento
. - Colocar elétrons em orbitais de maior energia custa parte de
.
- Emparelhar elétrons no mesmo orbital custa uma energia chamada energia de emparelhamento
- Se
(campo forte), é energeticamente favorável emparelhar elétrons e preencher primeiro (configuração de baixo spin). - Se
(campo fraco), é favorável ocupar com elétrons desemparelhados antes de emparelhar muito (configuração de alto spin). - A força do campo é controlada pelo ligante: existe a série espectroquímica que ordena ligantes do mais fraco ao mais forte; de forma simplificada:
Passo 4
Determinar as configurações possíveis para
em octaédrico e contar elétrons desemparelhados:
- Baixo spin (quando
grande): os 6 elétrons ocupam totalmente e fica vazia:
- Alto spin (quando
pequeno): os elétrons distribuem-se obedecendo Hund, ficando
Contagem de spins: nesta distribuição há
elétrons desemparelhados (ver desenho mental dos ocupantes: no total restaarem quatro orbitais com elétrons sem par).
Passo 5
Explicar ligação e hibridização em complexos octaédricos (dois tipos usados em química inorgânica):
- “Hibridização interna”
: usa dois orbitais da mesma camada (para metais de primeira série, os ) mais e três . Para isso os dois usados devem estar disponíveis (vazios) — ocorre quando há emparelhamento que deixa orbitais livres (típico baixo spin). Também chamado de complexo de “orbital interno” (inner-orbital). - “Hibridização externa”
: usa orbitais (camada mais externa) em vez dos . Ocorre quando os estão ocupados de forma que não podem ser usados para formar os híbridos exigidos, típica de complexos de alto spin. Também chamado de complexo de “orbital externo” (outer-orbital).
Resumindo regra prática:
- Campo forte (baixo spin) → emparelhamento → há dois
livres → hibridização . - Campo fraco (alto spin) → sem emparelhamento suficiente → usa-se
→ hibridização .
Passo 6
Aplicando ao complexo
:
- Ligante:
está mais à direita na série espectroquímica que ; é um ligante de força moderada a relativamente forte. - Estado do metal:
é um cátion com carga alta; carga maior aumenta (o campo exercido sobre os elétrons do metal fica maior). Esses dois fatores (ligante relativamente forte e alta carga ) tendem a tornar grande comparado com . - Consequência: configuração eletrônica de baixo spin:
- Hibridização: como dois orbitais
(os ) estão vazios e disponíveis, o complexo forma hibridização interna:
- Propriedade magnética: diamagnético,
elétrons desemparelhados.
Passo 7
Aplicando ao complexo
:
- Ligante:
é um ligante fraco (está no lado fraco da série espectroquímica). - Mesmo com
aumentando um pouco, produz um pequeno comparado à energia de emparelhamento . - Consequência: configuração de alto spin:
com
elétrons desemparelhados.
- Hibridização: os orbitais
estão ocupados de forma que não deixam dois vazios apropriados para , então o complexo usa orbitais e forma hibridização externa:
- Propriedade magnética: paramagnético com
elétrons desemparelhados.
Passo 8
Resumo físico-químico (resposta conceitual para o item c):
- A diferença entre as configurações vem da força do ligante (posicionamento na série espectroquímica) que determina o valor de
. -
é ligante de campo relativamente mais forte que ; com isso costuma provocar emparelhamento ( ), baixando o número de elétrons desemparelhados e permitindo . -
gera , não emparelha tanto os elétrons (alto spin), mantendo elétrons nos e exigindo (uso de ).
Resposta
a)
b)
elétrons desemparelhados
elétrons desemparelhados
c) A diferença ocorre porque
é um ligante de campo mais forte que
; isso torna
maior para
(favorecendo emparelhamento e hibridização interna
), enquanto
produz
pequeno (alto spin, sem emparelhamento suficiente e hibridização externa
).