O íon ferro(III) pode formar o complexo
em águas ricas em fluoreto.
a) Determine a hibridização do metal central;
b) Preveja o magnetismo;
c) Determine a geometria do composto.
a) Determine a hibridização do metal central;
b) Preveja o magnetismo;
c) Determine a geometria do composto.
Passo 1
O enunciado nos dá:
- Complexo:
. - Configuração eletrônica do ferro neutro fornecida:
.
O que o exercício pede:
a) Determine a hibridização do metal central.
b) Preveja o magnetismo (quantos elétrons desemparelhados / tipo de comportamento magnético).
c) Determine a geometria do composto.
a) Determine a hibridização do metal central.
b) Preveja o magnetismo (quantos elétrons desemparelhados / tipo de comportamento magnético).
c) Determine a geometria do composto.
Informações úteis que vou usar (mas ainda não vou aplicar neste passo):
- Íons fluoreto têm carga
. - Ao formar um cátion retira-se primeiro os elétrons
e depois os . - Em complexos octaédricos os orbitais d se dividem em níveis
(mais baixos) e (mais altos); a comparação entre a energia de separação de níveis e a energia de emparelhamento define se o complexo é de alto ou baixo spin.
Passo 2
Determinar o estado de oxidação do ferro no complexo e a configuração eletrônica do cátion.
- Cada fluoreto tem carga
, então os seis fluoretos contribuem com . O complexo todo tem carga . Logo a carga do ferro satisfaz
- Portanto o íon é
. - Partindo de
neutro com configuração , remove-se primeiro os dois elétrons do e depois mais um do . Assim
Passo 3
Entender o papel do ligante
e decidir se o complexo será de alto ou baixo spin.
- A série espectroquímica diz que
é um ligante fraco, ou seja, produz uma separação pequena nos orbitais d do metal. - Conceito importante (explicando devagar): quando o metal está em um campo octaédrico, os cinco orbitais d dividem-se em dois conjuntos:
(três orbitais de menor energia) e (dois orbitais de maior energia). Preencher elétrons nesses orbitais compete entre: - a energia de separação
(que favorece colocar elétrons primeiro nos ), e - a energia de emparelhamento
(que custa energia para emparelhar dois elétrons num mesmo orbital).
- a energia de separação
- Se
(ligante fraco), é energeticamente mais barato colocar elétrons desemparelhados nos orbitais mais altos do que emparelhá-los — isso chama-se complexo de alto spin. - Como
é fraco, inferimos que e, portanto, o complexo será de alto spin.
Passo 4
Determinar a distribuição eletrônica nos níveis
e
para
(
) no caso alto spin.
- Temos cinco elétrons a distribuir nos orbitais de um campo octaédrico.
- Em alto spin cada elétron prefere ficar desemparelhado se possível, então a distribuição será
ou seja, um elétron em cada um dos três orbitais
e um em cada dos dois orbitais
.
- Isso resulta em
elétrons desemparelhados.
Passo 5
Prever o magnetismo a partir do número de elétrons desemparelhados.
- Um íon com elétrons desemparelhados é paramagnético (é atraído por um campo magnético). Com
elétrons desemparelhados, o complexo será fortemente paramagnético. - Para uma estimativa do momento magnético spin-only (valor prático para provas), usa-se a fórmula
onde
é o número de elétrons desemparelhados e
é o magneton de Bohr.
- Substituindo
:
Passo 6
Analisar as possibilidades de hibridização para um complexo octaédrico e escolher a correta.
- Dois modelos comuns para explicar a formação dos seis orbitais ligantes octaédricos são:
- Hibridização interna:
— usa dois orbitais d internos (para metais de primeira série, esses seriam 3d), mais e três . - Hibridização externa:
— usa orbitais , e dois orbitais (orbital d mais externo).
- Hibridização interna:
- Para usar
(hibridização interna) o metal precisa ter dois orbitais d livres (ou que possam ficar vazios emparelhando elétrons) para participar da hibridização. No caso de com configuração em alto spin há cinco elétrons nos orbitais 3d, todos desemparelhados; para liberar dois desses orbitais seria necessário emparelhar elétrons (pagar energia ), algo desvantajoso quando o ligante é fraco (já concluímos que é pequeno). - Portanto é energeticamente desfavorável emparelhar elétrons para obter orbitais 3d vazios. Em vez disso o metal usa orbitais d mais externos (4d) disponíveis para formar híbridos.
- Conclusão: a hibridização adequada é
isto é, usa-se
, três
e dois
para formar seis híbridos dirigidos aos ligantes.
Passo 7
Determinar a geometria associada à hibridização
.
- A hibridização
gera seis híbridos orientados segundo os vértices de um octaedro. Logo a geometria do complexo é octaédrica.
Passo 8
Resumo final das conclusões — o que será pedido na prova e como reconhecer respostas parecidas:
- Estado de oxidação:
com configuração . - Ligante
é fraco → complexo de alto spin → → elétrons desemparelhados. - Hibridização:
(uso de orbitais 4d externos porque emparelhamento em 3d seria desfavorável). - Magnetismo: paramagnético com
elétrons desemparelhados; . - Geometria: octaédrica.
Resposta
a)
b) paramagnético, elétrons desemparelhados;
c) octaédrica
b) paramagnético,
c) octaédrica