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.
\left[\mathrm{Fe}(\mathrm{CN})_{6}\right]^{3-}

Passo 1

O enunciado pergunta se o complexo \left[\mathrm{Fe}(\mathrm{CN})_{6}\right]^{3-} é diamagnético. Informações fornecidas e relevantes:
  • O complexo é octaédrico com seis ligantes \mathrm{CN}^-.
  • A carga total do complexo é -3.
  • É preciso identificar a configuração eletrônica do metal e contar elétrons desemparelhados para decidir se é diamagnético (nenhum elétron desemparelhado) ou paramagnético (um ou mais elétrons desemparelhados).

Passo 2

Determinar o estado de oxidação do ferro. Seja x a carga do ferro:
x + 6\cdot(-1) = -3 \quad\Rightarrow\quad x - 6 = -3 \quad\Rightarrow\quad x = +3.
Logo o metal é \mathrm{Fe}^{3+}.

Passo 3

Contar os elétrons d em \mathrm{Fe}^{3+}. O ferro neutro tem configuração [ \mathrm{Ar} ]\,3d^{6}4s^{2}. Ao formar \mathrm{Fe}^{3+} removem-se primeiro os elétrons 4s e depois 1 elétron 3d, ficando:
\mathrm{Fe}^{3+}:\; 3d^{5}.
Portanto há \,5 elétrons no conjunto de orbitais d.

Passo 4

Explicar teoria de campo cristalino necessária (de forma prática para a prova).
  • Em um complexo octaédrico os cinco orbitais d dividem-se em dois níveis: t_{2g} (três orbitais, mais baixos) e e_g (dois orbitais, mais altos). A separação de energia entre esses níveis chama-se \Delta_o.
  • Existe também a energia de emparelhamento P (energia necessária para emparelhar dois elétrons num mesmo orbital).
  • Se \Delta_o > P (campo forte) os elétrons tendem a emparelhar em t_{2g} antes de ocupar e_g: configurações de baixa spin.
  • Se \Delta_o < P (campo fraco) os elétrons ocupam e_g mantendo mais spins paralelos: configurações de alto spin.
  • A propriedade magnética vem do número de elétrons desemparelhados: zero → diamagnético; ≥1 → paramagnético.

Passo 5

Identificar se \mathrm{CN}^- é ligante de campo forte ou fraco. Pela série espectroquímica, \mathrm{CN}^- é um ligante fortíssimo (campo forte), portanto favorece baixa spin ( \Delta_o grande).

Passo 6

Montar a configuração eletrônica d em campo octaédrico de baixa spin para d^5.
  • Em baixa spin preenchem-se primeiro os três orbitais t_{2g} e os emparelhamentos ocorrem antes de preencher e_g.
  • Para d^5 baixa spin a distribuição é:
t_{2g}^{5}\; e_{g}^{0},
isto é, os três orbitais t_{2g} ocupados com um total de 5 elétrons: dois orbitais com pares e um orbital com um elétron não pareado. Portanto há exatamente \,1 elétron não pareado.

Passo 7

Conclusão sobre magnetismo. Como existe \,1 elétron não pareado, o complexo \left[\mathrm{Fe}(\mathrm{CN})_{6}\right]^{3-} é paramagnético, não diamagnético. Observação útil para a prova: um d^5 octaédrico nunca fica diamagnético, mesmo no limite de campo extremamente forte, pois sempre sobra um elétron desemparelhado em t_{2g}.

Resposta

Não; \left[\mathrm{Fe}(\mathrm{CN})_{6}\right]^{3-} é paramagnético com um elétron não pareado.

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