O manganês pode existir como
em solos úmidos.
a) Determine a configuração eletrônica do íon manganês nesse complexo;
b) Faça a distribuição eletrônica no diagrama de quadrículas;
c) Determine o número de elétrons desemparelhados;
d) Classifique o magnetismo do composto.
a) Determine a configuração eletrônica do íon manganês nesse complexo;
b) Faça a distribuição eletrônica no diagrama de quadrículas;
c) Determine o número de elétrons desemparelhados;
d) Classifique o magnetismo do composto.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado pede e quais informações foram dadas, sem resolver ainda.
- O enunciado dá o complexo
. - Pede:
(a) a configuração eletrônica do íon manganês nesse complexo;
(b) a distribuição eletrônica no diagrama de quadrículas (diagrama de níveis d em octaedro);
(c) o número de elétrons desemparelhados;
(d) classificar o magnetismo do composto.
Informação implícita que será usada: a água
é um ligante relativamente fraco no espectro espectroquímico (tende a produzir complexos de alto spin).
Passo 2
Determinar o estado de oxidação do manganês no complexo.
- Cada molécula de
é neutra, logo a carga total do ligante é . - O complexo tem carga global
, então a carga do manganês deve ser . - Portanto o íon é
.
Passo 3
Achar a configuração eletrônica do átomo de manganês neutro e depois do íon
.
- O manganês neutro tem número atômico
. A configuração eletrônica do manganês neutro é
- Ao formar
removem-se primeiro os elétrons do orbital . Isso é padrão experimental e teórico: embora em energia relativa e sejam próximos, os elétrons de valência são perdidos de primeiro. - Removendo dois elétrons de
obtemos
Expliquei porque tiramos de
: as camadas mais externas (n=4) perdem elétrons antes das mais internas (n=3), e os elétrons
ficam energeticamente disponíveis para remoção.
Passo 4
Explicar o diagrama de quadrículas (campo cristalino octaédrico) e como ele afeta os cinco elétrons
.
- Num campo octaédrico (seis ligantes ao redor do metal), os cinco orbitais
se dividem em dois níveis de energia: (três orbitais de menor energia) e (dois orbitais de maior energia). A separação energética chama-se . - Se
for pequeno em relação à energia de emparelhamento , os elétrons preferem ocupar orbitais diferentes com spins paralelos (maximizar spins, regra de Hund) — isso dá complexo de alto spin. - Se
for grande em relação a , os elétrons emparelham em antes de ocupar — complexo de baixo spin. - A água
é um ligante relativamente fraco (pequeno ), portanto o complexo tende a ser de alto spin. Assim, para o preenchimento será com o máximo de spins paralelos possível.
Passo 5
Fazer a distribuição eletrônica no diagrama de quadrículas (mostrando preenchimento dos orbitais).
- Temos cinco elétrons
e níveis (3 orbitais) mais baixos e (2 orbitais) mais altos. - Em alto spin, cada orbital recebe inicialmente um elétron com spin paralelo (regra de Hund). Então os cinco elétrons ocupam assim:
- Representação no diagrama de quadrículas (caixas mostrando spins, cada caixa um orbital):
Cada seta
representa um elétron com spin para cima (desemparelhado) em cada orbital.
Passo 6
Determinar o número de elétrons desemparelhados e o magnetismo.
- Contando as setas do diagrama, há cinco elétrons não emparelhados:
- Isso implica que o composto é paramagnético (possui momentos magnéticos de spin não cancelados). Como todos os spins estão paralelos (alto spin), é um paramagnetismo de alto spin.
- Para uma estimativa do momento magnético (spin-only), usa-se a fórmula
onde
é o número de elétrons desemparelhados e
é o magneton de Bohr. Substituindo
:
- Observação pedagógica: se o ligante fosse um ligante fortíssimo (por exemplo
), o complexo poderia ser de baixo spin; para de baixo spin a distribuição seria com apenas elétron desemparelhado. No caso presente, com , o resultado é alto spin com elétrons desemparelhados.
Resposta
(a)
(b) (diagrama:
)
(c) elétrons desemparelhados
(d) Paramagnético (alto spin),
(b)
(c)
(d) Paramagnético (alto spin),