Justifique, pela TLV, o caráter paramagnético das seguintes espécies:
spin alto
Qual o número de elétrons desemparelhados e qual a hibridização dos orbitais de valência do átomo central de cada espécie.
Qual o número de elétrons desemparelhados e qual a hibridização dos orbitais de valência do átomo central de cada espécie.
Passo 1
Beleza, então o exercício pede o seguinte: usando a Teoria de Ligação de Valência (TLV), a gente deve mostrar por que o complexo
é paramagnético, descobrir quantos elétrons ficam desemparelhados e dizer qual é a hibridização dos orbitais de valência do Fe central. Para isso, vamos usar conceitos de distribuição eletrônica, cisalhamento de orbitais
em campo octaédrico e como a TLV explica a formação dos híbridos.
Passo 2
Primeiro, identificando o metal e sua configuração eletrônica:
- Fe tem número atômico 26.
- No íon Fe³⁺, perdemos dois elétrons 4s e um 3d, sobrando uma configuração básica de
.
Ou seja, o ferro central traz 5 elétrons nos orbitais.
Passo 3
Agora, a TLV (que é bem parecido com a Teoria de Campo Cristalino) diz que em um campo octaédrico cada conjunto de seis ligantes (aqui as 6 moléculas de H₂O) faz os cinco orbitais
se “quebrarem” em dois grupos:
-
(três orbitais com energia mais baixa) -
(dois orbitais com energia mais alta)
A diferença de energia entre esses grupos é chamada de
. Como a água é um ligante fraco,
é menor do que a energia de pareamento
dos elétrons. Isso significa que é mais barato ocupar um orbital de energia um pouco maior (do grupo
) do que emparelhar elétrons em
.
Passo 4
Distribuição eletrônica high-spin para
:
- Preenchemos primeiro cada orbital de
com um elétron: 3 elétrons, todos desemparelhados. - Como
, seguimos colocando os próximos elétrons nos orbitais , também sem parear: mais 2 elétrons, cada um em um orbital .
Logo, temos 5 elétrons desemparelhados. E elétrons desemparelhados é que causam o comportamento paramagnético (eles se alinham com um campo magnético externo).
Passo 5
Pra montar seis ligações iguais em volta do Fe, a TLV invoca híbridos octaédricos. Como o campo é fraco e não usamos os
livres (todos já estão ocupados por esses 5 elétrons), a teoria de VB prevê que o ferro usa:
- um orbital
, - três
, - dois orbitais
para formar seis híbridos do tipo
. Esses híbridos apontam para os vértices de um octaedro e se ligam às 6 moléculas de água.
Resposta
O complexo é paramagnético (porque tem elétrons desemparelhados), possui 5 elétrons desemparelhados e a hibridização dos orbitais de valência do Fe é
.