De modo geral, diamagnetismo é o termo utilizado para designar o comportamento de materiais que são repelidos na presença de campos magnéticos, ao contrário dos materiais paramagnéticos e ferromagnéticos que são atraídos por campos magnéticos. Materiais diamagnéticos têm característica de possuírem elétrons emparelhados, enquanto os paramagnéticos possuem elétrons desemparelhados. Assim, qual(is) dos seguintes complexos é(são) diamagnético(s)? Explique.
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Identificar se o complexo
é diamagnético ou não e justificar.
Informações relevantes que o enunciado dá (e que vamos usar):
- O complexo é
. - O ligante é
(amina neutra). - O cátion metálico é cobalto no estado de oxidação
(porque o complexo tem carga e os ligantes são neutros).
Passo 2
Determinar o número de elétrons d do íon metálico.
- Primeiro, o número atômico do cobalto é
. A configuração eletrônica do átomo neutro é . - Ao formar
removem-se primeiro os elétrons e depois do , ficando com configuração eletrônica do subnível d igual a . - Regra prática (mais rápida no exame): o cobalto é do grupo 9, então
-contagem = estado de oxidação . Logo, temos um dínamo .
Explicando passo a passo (sem pular etapas): quando se pergunta “quantos elétrons d tem o metal no complexo?”, toma-se o número do grupo (elétrons de valência d+s) e subtrai-se a carga positiva. Isso dá o número de elétrons no orbital d que participam da química de complexos.
Passo 3
Qual é a geometria esperada e como os orbitais d se organizam (conceito necessário).
- Com seis ligantes
espera-se geometria octaédrica (caso mais comum para 6 ligantes). - Em um campo octaédrico, os cinco orbitais
do metal se dividem em dois conjuntos energéticos: (três orbitais, mais baixos em energia) e (dois orbitais, mais altos). A diferença de energia entre esses conjuntos chama-se (splitting octaédrico). - Ao preencher elétrons nesses orbitais existem duas energias em jogo:
-
: ganho energético ao colocar elétrons nos orbitais mais baixos em vez de . -
: energia de emparelhamento (custo para emparelhar dois elétrons no mesmo orbital).
-
- Se
o sistema favorece emparelhar elétrons em antes de colocar elétrons em (configuração de baixo spin, “low-spin”). - Se
o sistema favorece colocar elétrons desemparelhados em (configuração de alto spin, “high-spin”).
Aqui ensino com exemplo simples: imagine que você tem 6 elétrons para colocar nas 5 “caixinhas” (orbitais) que estão em dois níveis (3 caixinhas baixas e 2 altas). Se a diferença entre níveis for grande (difícil subir), você prefere empilhar (parear) nas baixas; se a diferença for pequena, prefere ocupar as altas mantendo mais spins alinhados (desemparelhar).
Passo 4
Força do ligante
e efeito da carga do metal: por que isso importa aqui.
- A posição de
na série espectroquímica é como um ligante de campo médio a relativamente forte (mais forte que e , mas menos forte que ou ). Em muitos complexos octaédricos de metais com alta carga positiva, promove grande o suficiente para causar emparelhamento. - Além disso, estados de oxidação mais altos (aqui
) aumentam a atração entre metal e ligante, aumentando . Ou seja, tende a ter maior do que com os mesmos ligantes. - Conclusão qualitativa: para
com ligantes , o valor de é tipicamente maior que , favorecendo a configuração de baixo spin (emparelhamento).
Comentário de exame: quando vir
(carga alta) com ligante relativamente forte (
), a regra prática é esperar low-spin, a menos que o problema diga explicitamente que o ligante é muito fraco.
Passo 5
Montar a configuração eletrónica nos orbitais
e
e contar os elétrons desemparelhados.
- Temos
para distribuir em (3 orbitais) e (2 orbitais). - No caso low-spin (favorecido por
+ ) os 6 elétrons ocupam primeiro os três orbitais e se emparelham ali:
- Isso significa que todos os elétrons estão pareados nos orbitais
; não há elétrons desemparelhados. - Um complexo sem elétrons desemparelhados é, por definição, diamagnético (repelido por campo magnético).
Passo 6
Resposta final e reforço didático curto.
- Portanto
é diamagnético porque é e, com em um ambiente octaédrico, forma-se um complexo low-spin com configuração , sem elétrons desemparelhados. - Dica para prova: peça sempre para si mesmo (1) calcular a d-contagem, (2) identificar geometria, (3) avaliar força do ligante e carga do metal para decidir se
provavelmente é maior ou menor que , e (4) escrever e contar spins.