Questão 01. Um complexo octaédrico de cobalto(III) é diamagnético.
a) Qual é a configuração eletrônica do íon
?.
b) Explique, usando um diagrama de divisão de campo cristalino, por que esse complexo é diamagnético…
c) Este complexo é de campo forte ou fraco? Justifique.
a) Qual é a configuração eletrônica do íon
b) Explique, usando um diagrama de divisão de campo cristalino, por que esse complexo é diamagnético…
c) Este complexo é de campo forte ou fraco? Justifique.
Passo 1
O enunciado diz que “um complexo octaédrico de cobalto(III) é diamagnético” e pede três coisas:
a) Determinar a configuração eletrônica do íon .
b) Explicar, usando um diagrama de divisão de campo cristalino, por que esse complexo é diamagnético.
c) Dizer se o complexo é de campo forte ou fraco e justificar.
Informações relevantes já dadas ou que vamos usar: o complexo é octaédrico; o íon é e o complexo é diamagnético (ou seja, não tem elétrons desemparelhados). Não se resolve nada neste passo — só listei o que é pedido e o que temos.
a) Determinar a configuração eletrônica do íon
b) Explicar, usando um diagrama de divisão de campo cristalino, por que esse complexo é diamagnético.
c) Dizer se o complexo é de campo forte ou fraco e justificar.
Informações relevantes já dadas ou que vamos usar: o complexo é octaédrico; o íon é
Passo 2
Primeiro precisamos saber quantos elétrons d tem
. O número atômico do cobalto é
. A configuração eletrônica do átomo neutro
é
Ao formar cátions, os elétrons
são removidos antes dos
. Para
removemos três elétrons: primeiro os dois do
e depois um do
. Assim, o íon
fica com
Essa é a contagem eletrônica d que usaremos para preencher os níveis em ambiente octaédrico.
Passo 3
Agora uma mini-aula sobre campo cristalino octaédrico (passo didático): num campo octaédrico as cinco orbitais
se dividem em dois grupos por causa da interação com os ligantes:
A diferença de energia entre esses grupos chama-se
(ou
). Há também uma energia de emparelhamento
(custo para colocar dois elétrons de spins opostos num mesmo orbital). O modo como os elétrons se distribuem depende da comparação entre
e
:
- Se
(campo fraco), é energeticamente melhor colocar elétrons no nível superior antes de emparelhar, produzindo configuração de alto-spin (muitos elétrons desemparelhados). - Se
(campo forte), é melhor emparelhar elétrons no nível inferior , produzindo configuração de baixo-spin (poucos ou nenhum elétron desemparelhado).
Vou usar esse conceito para montar os dois possíveis preenchimentos para um d
em um octaedro.
Passo 4
Preenchimento para caso de campo forte (understand: low-spin). Temos 6 elétrons para distribuir nos três orbitais
e dois
. Se
for grande (campo forte) emparelhamos todos primeiro em
:
Isso significa que os 6 elétrons ocupam os três orbitais
com pares completos (cada orbital
tem um par
). Portanto não há elétrons desemparelhados — a espécie é diamagnética. Visualmente: todos os elétrons ficam no nível inferior, emparelhados.
Passo 5
Preenchimento para caso de campo fraco (high-spin). Se
for pequeno comparado a
, seguimos a regra de Hund e colocamos elétrons desemparelhados antes de emparelhar:
- Os três orbitais
recebem um elétron cada ( elétrons), - Em seguida os dois orbitais
recebem um elétron cada ( elétrons = 5), - O 6.º elétron tem de emparelhar em um dos
.
Resultado:
Contagem de spins: nesse caso há
elétrons desemparelhados (dois em
e dois em
restantes), logo o complexo seria fortemente paramagnético (não é diamagnético).
Passo 6
Conectando com o enunciado: o problema afirma que o complexo octaédrico de
é diamagnético. Pelos dois preenchimentos acima, apenas a configuração
dá zero elétrons desemparelhados. Logo o complexo tem a distribuição de elétrons de baixo-spin — isto implica que
ou seja, o campo cristalino gerado pelos ligantes é grande o suficiente para forçar o emparelhamento no
. Portanto o complexo é de campo forte. Fisicamente isso faz sentido: íons com maior carga positiva (como
) produzem interações mais fortes com ligantes e aumentam
; além disso, alguns ligantes (como
, etc.) são conhecidos por serem de campo forte na série espectroquímica — combinando isso é típico que
forme complexos octaédricos baixo-spin e diamagnéticos (por exemplo
é diamagnético).
Passo 7
Resumo final do raciocínio para a hora da prova (passo-a-passo prático que você pode escrever):
- Determine
-count: é → é . - Desenhe no papel dois desenhos de CF: para octaédrico, niveis
e . - Preencha para low-spin:
(todos emparelhados → diamagnético). Preencha para high-spin: (4 elétrons desemparelhados → paramagnético). - Como o enunciado diz que é diamagnético, escolha low-spin e conclua que o complexo é de campo forte (
). Isso resolve (b) e (c) de forma compacta na prova.
Resposta
a)
b) Em campo octaédrico há separação /
; como o complexo é diamagnético os elétrons ficam em
(todos emparelhados), portanto não há spins desemparelhados.
c) É de campo forte, porque (a grande separação energetica força emparelhamento em
, produzindo a configuração baixo-spin diamagnética).
b) Em campo octaédrico há separação
c) É de campo forte, porque