Questão 20. Apresente o diagrama de orbitais do
e
. Indique qual é diamagnético e qual é paramagnético.
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Apresentar o diagrama de orbitais (em campo octaédrico) de
e de . - Indicar qual dos dois complexos é diamagnético e qual é paramagnético.
Informações relevantes do enunciado:
- Os dois complexos são octaédricos (seis ligantes
à volta do Fe). - O ligante é
(água). - Não há mais informações no enunciado, então assumimos o comportamento típico:
é um ligante de campo fraco na série espectroquímica, favorecendo configurações de alto spin quando possível.
Passo 2
Determinar o estado de oxidação do ferro e o número de elétrons
.
Primeiro, configuração eletrônica do ferro neutro:
Para íons, removemos primeiro os elétrons
.
- Para
: o ferro está em . - Para
: o ferro está em .
Coloquei os totais de elétrons
porque é disso que depende a ocupação dos orbitais
e
.
Passo 3
Explicar o que acontece em um campo octaédrico e o papel do ligante
.
- Em um ambiente octaédrico, os cinco orbitais
do metal se separam em dois níveis de energia: A separação energética é chamada de (ou ). - Existe também a energia de emparelhamento
: custo de colocar dois elétrons com spins opostos no mesmo orbital. - Comparação importante: se
o sistema favorece emparelhar elétrons no nível (baixo spin — low spin). Se o sistema favorece colocar elétrons desemparelhados nos orbitais antes de emparelhar (alto spin — high spin). - A água,
, é considerada um ligante de campo fraco na série espectroquímica, portanto normalmente produz pequeno: isso favorece configurações de alto spin (high spin). Vou, portanto, desenhar os diagramas supondo alto spin para ambos os íons.
Passo 4
Desenhar e explicar o diagrama de orbitais para
(
, alto spin).
- Temos três orbitais
de menor energia e dois orbitais de maior energia. - Pelo princípio de Hund (maximizar spins paralelos enquanto possível) e por
pequeno (alto spin), distribuímos os elétrons colocando primeiro um elétron em cada orbital disponível antes de emparelhar.
Diagrama (mostrando ocupação; setas
representam elétrons com spin para cima — todos desemparelhados aqui):
Explicação passo a passo:
- Colocamos 1 elétron em cada um dos 3 orbitais
: ficam 3 elétrons, todos com spins paralelos. - Os 2 elétrons restantes ocupam os 2 orbitais
, cada um com spin paralelo também. - Resultado: 5 elétrons desemparelhados.]
Passo 5
Desenhar e explicar o diagrama de orbitais para
(
, alto spin).
- Novamente, níveis
(3 orbitais) e (2 orbitais), pequeno → alto spin. - Distribuição com Hund: primeiro um elétron em cada
(3), depois um em cada (mais 2, total 5), e o 6.º elétron tem de emparelhar em um dos (porque já não há orbitais novos sem emparelhar disponíveis).
Diagrama:
Explicação passo a passo:
-
: inicialmente 3 elétrons (cada orbital com um ). - Colocamos o 4.º elétron em
( ), o 5.º em ( ). - O 6.º elétron emparelha em um dos orbitais
, formando num orbital . - Resultado:
com dois orbitais contendo elétrons desemparelhados e ambos os orbitais com elétrons desemparelhados → total de 4 elétrons desemparelhados.]
Passo 6
Contagem de elétrons desemparelhados e relação com magnetismo; cálculo do momento magnético (apenas spin-only, como reforço).
- Definição prática:
- Diamagnético: todos os elétrons estão emparelhados (nenhum elétron desemparelhado).
- Paramagnético: há pelo menos um elétron desemparelhado (o complexo é atraído por um campo magnético).
- Para
( , alto spin): número de elétrons desemparelhados . - Para
( , alto spin): número de elétrons desemparelhados .
Fórmula spin-only para o momento magnético (em unidades de Bohr magneton
):
onde
é o número de elétrons desemparelhados.
- Para
: - Para
:
Esses valores confirmam que ambos têm múltiplos elétrons desemparelhados, logo ambos são paramagnéticos.
Passo 7
Resumo final e observações práticas para a prova (dicas rápidas):
- Sempre calcule o número de elétrons
a partir do estado de oxidação do metal. - Lembre que
é um ligante de campo fraco → espera-se alto spin. - Desenhe o nível
(3 caixinhas) embaixo e (2 caixinhas) em cima; aplique Hund e conte desemparelhados. - Para identificar diamagnético vs paramagnético, conte desemparelhados: zero → diamagnético; ≥1 → paramagnético.
- Se o enunciado dissesse um ligante forte (como CN⁻), haveria chance de baixo spin e emparelhamento extra — sempre compare
com .