Questão 04 - (Vale: 1,5 pontos)
Sabendo que
é um complexo de spin alto, prediga a característica de
e
. Explique essas observações nos 3 complexos:
a) A configuração eletrônica dos elétrons d sobre o metal no complexo representando os orbitais (nos 3 tipos de complexos);
b) Quais são os ligantes de campo forte e os ligantes de campo fraco e o tipo de
desdobramento que existem(nos 3 complexos);
c) Quantos elétrons desemparelhados existem em cada um, o tipo de Spin (Alto ou Baixo) e o Magnetismo (nos 3 complexos).
a) A configuração eletrônica dos elétrons d sobre o metal no complexo representando os orbitais (nos 3 tipos de complexos);
b) Quais são os ligantes de campo forte e os ligantes de campo fraco e o tipo de
desdobramento que existem(nos 3 complexos);
c) Quantos elétrons desemparelhados existem em cada um, o tipo de Spin (Alto ou Baixo) e o Magnetismo (nos 3 complexos).
Passo 1
O enunciado pede que, sabendo que
é um complexo de spin alto, eu preveja as características de
e de
e explique as observações nos três complexos. Especificamente, devo responder para cada complexo:
a) A configuração eletrônica dos elétrons sobre o metal no complexo, representando os orbitais;
b) Quais ligantes são de campo forte ou fraco e que tipo de desdobramento existe;
c) Quantos elétrons desemparelhados existem, qual o tipo de spin (Alto ou Baixo) e qual o comportamento magnético.
a) A configuração eletrônica dos elétrons
b) Quais ligantes são de campo forte ou fraco e que tipo de desdobramento existe;
c) Quantos elétrons desemparelhados existem, qual o tipo de spin (Alto ou Baixo) e qual o comportamento magnético.
Informações dadas e relevantes:
- O metal é
com . - Os três complexos são octaédricos:
, e . - Foi informado que
é de spin alto. - Não há outras imagens ou tabelas fornecidas.
Passo 2
Determinar a configuração eletrônica do íon metálico livre antes de pensar no complexo. Vou obter a configuração de
.
Explicação do cálculo (aula rápida): o ferro neutro tem configuração eletrônica
. Ao formar o cátion
removemos primeiro os elétrons
e depois um elétron
. Logo:
Isto quer dizer que no estado livre o metal tem cinco elétrons na camada
, ou seja
. Essa é a base para distribuir elétrons nos orbitais
do complexo.
Passo 3
Explicar o desdobramento dos orbitais
em um campo octaédrico e os nomes dos conjuntos.
Aula-passo: em um complexo octaédrico os cinco orbitais
do metal se separam em dois conjuntos por interação com os ligantes:
- conjunto
(três orbitais de menor energia): ; - conjunto
(dois orbitais de maior energia): .
O desdobramento energético é chamado de
(ou
). Esquematicamente:
(na prática desenhamos
abaixo e
acima separados por
).
Passo 4
Explicar como se decide entre configuração de spin alto ou baixo: energia de desdobramento
versus energia de emparelhamento
.
Aula-passo: ao colocar
em orbitais
e
há duas energias em jogo:
-
: energia ganha ao colocar elétrons em em vez de em — maior favorece emparelhamento nos orbitais baixos; -
: energia necessária para emparelhar dois elétrons no mesmo orbital (energia de repulsão eletrônica).
Regra prática:
- Se
→ o sistema prefere colocar elétrons desemparelhados ocupando antes de emparelhar em : spin alto. - Se
→ é energeticamente melhor emparelhar elétrons em e deixar vazios: spin baixo.
Qual é
? Depende do ligante: a série espectroquímica ordena ligantes do mais fraco ao mais forte. Vou usar isso para cada caso.
Passo 5
Apresentar a série espectroquímica simplificada e classificar os ligantes dos complexos dados.
Aula-passo (exemplo de pontos importantes da série): tipicamente
ou seja,
e
são ligantes de campo fraco (pequeno
), e
(etilenodiamina) é um ligante mais forte (bidentado e do lado forte/intermediário-forte da série), tende a aumentar
em relação a
. O fato de
ser quelante (liga em dois pontos) também favorece emparelhamento e estabilidade do estado de menor energia efetivo.
Portanto, classificação inicial:
-
: ligante de campo fraco (muito fraco). -
: ligante de campo fraco (fraco). -
: ligante de campo relativamente forte (forte/intermediário-forte); é quelante.
Passo 6
Aplicar ao caso
(já informado ser spin alto) e desenhar a distribuição dos elétrons
.
Lembrando que
é
. Como
é fraco, temos
→ spin alto. Assim colocamos os cinco elétrons ocupando primeiro todos os orbitais antes de emparelhar onde for preciso, respeitando a regra de Hund.
Distribuição eletrônica em níveis
e
:
Representação compacta:
Número de elétrons desemparelhados:
. Tipo de spin: Alto. Magnetismo: paramagnético com momento magnético (spin-only)
Passo 7
Aplicar ao caso
.
Usando a série,
é um dos ligantes mais fracos (mais fraco até que
). Logo
será pequeno, certamente
. Portanto o complexo será de spin alto.
Distribuição eletrônica (novamente
):
Número de elétrons desemparelhados:
. Tipo de spin: Alto. Magnetismo: paramagnético. Momento magnético (spin-only) igual ao do caso anterior:
Breve comentário físico:
interage pouco com o metal, não cria
grande o suficiente para forçar emparelhamento.
Passo 8
Aplicar ao caso
.
A
é um ligante neutro, bidentado (quelante) e relativamente forte na série espectroquímica; isso tende a aumentar
. Para
(
) frequentemente
produz um
suficientemente grande para que
, ou seja, o complexo fica de spin baixo.
Distribuição eletrônica para
em spin baixo:
ou de forma compacta:
Número de elétrons desemparelhados:
. Tipo de spin: Baixo. Magnetismo: paramagnético, mas muito menor que nos casos de spin alto. Momento magnético (spin-only):
Comentário prático: mesmo que
não seja tão forte quanto
, sua capacidade quelante e maior campo que
e
costuma resultar em
grande o suficiente para emparelhar quatro elétrons em
e deixar só um desemparelhado.
Passo 9
Resumo comparativo e dicas de prova (como usar isso rapidamente na prova).
Dicas rápidas:
- Primeiro: calcule a configuração do cátion metálico (
). - Segundo: identifique se o ligante é fraco ou forte pela série espectroquímica (lembrar que
e são fracos; é relativamente forte/quelante). - Terceiro: compare mentalmente
com : se → preenche em alto spin; se → baixo spin. - Por fim: conte elétrons desemparelhados e use
para obter o momento magnético aproximado.
Não se esqueça: todos os três são octaédricos, logo use sempre
para distribuir os cinco elétrons.