Questão 6 (1,0 Pontos) - A molécula de CO é formada na combustão incompleta, sendo um ligante capaz formar complexos com diversos metais de transição. Com qual íon metálico o ligante CO forma um complexo octaédrico diamagnético?
a) M n^{\prime \prime \prime}
b) \mathrm{Cu}^{\prime \prime}
c) \mathrm{Fe}^{I I I}
d) \mathrm{Ni}^{\text {II }}
e) \mathrm{Co}^{111}

Passo 1

O enunciado pergunta qual dos íons metálicos listados forma com o ligante CO um complexo octaédrico diamagnético. As opções são:
a) \mathrm{Mn}^{\prime\prime\prime} (interpreto como \mathrm{Mn}^{3+})
b) \mathrm{Cu}^{\prime\prime} (interpreto como \mathrm{Cu}^{2+})
c) \mathrm{Fe}^{I I I} (interpreto como \mathrm{Fe}^{3+})
d) \mathrm{Ni}^{\mathrm{II}} (interpreto como \mathrm{Ni}^{2+})
e) \mathrm{Co}^{111} (interpreto como \mathrm{Co}^{3+})
O que é pedido: escolher o íon que, ao formar um complexo octaédrico com seis ligantes CO, resulta em um complexo diamagnético (ou seja, sem elétrons desemparelhados).

Passo 2

Explicando o que significa “diamagnético” de um jeito direto: um complexo é diamagnético quando todos os elétrons nos orbitais d do metal estão pareados — não existe nenhum elétron ímpar. Já “paramagnético” significa que há pelo menos um elétron desemparelhado.

Passo 3

Como o arranjo eletrônico nos d-orbitais se organiza em um complexo octaédrico? Vou explicar o modelo simples (Campo Cristalino octaédrico):
  • Os cinco orbitais d do metal se dividem em dois níveis de energia: o conjunto mais baixo chamado t_{2g} (três orbitais) e o conjunto mais alto chamado e_g (dois orbitais).
  • Em um campo octaédrico, os elétrons preenchem primeiro os orbitais t_{2g} (mais baixos) e depois os e_g, obedecendo às regras de emparelhamento dependendo da intensidade do campo (a energia de separação \Delta_o) e da energia de emparelhamento P.
  • Se o ligante produz um campo forte ( \Delta_o grande), os elétrons tendem a emparelhar nos t_{2g} antes de ocupar os e_g — dizemos “low-spin”. Se o campo é fraco ( \Delta_o pequeno), os elétrons ocupam com spins paralelos nos e_g antes de emparelhar — “high-spin”.

Passo 4

Onde o CO entra nisso? CO é um ligante forte (está no lado de alto \Delta da série espectroquímica). Isso significa que, em geral, complexos octaédricos com CO como ligante serão de baixo spin (low-spin), ou seja, favorecem o emparelhamento de elétrons nos orbitais t_{2g}.

Passo 5

Agora preciso saber quantos elétrons d cada íon tem. Para metais de transição de primeira série, uma forma rápida é: número de elétrons d = número de grupo (número de elétrons de valência d+s no átomo neutro) menos a carga positiva. Vou usar valores diretos conhecidos para cada íon (isto é seguro e rápido):
  • \mathrm{Mn}^{3+}: manganês é do grupo 7 → elétrons d em \mathrm{Mn}^{3+} = 7 - 3 = 4. Então é d^4.
  • \mathrm{Cu}^{2+}: cobre é do grupo 11 → elétrons d em \mathrm{Cu}^{2+} = 11 - 2 = 9. Então é d^9.
  • \mathrm{Fe}^{3+}: ferro é do grupo 8 → elétrons d em \mathrm{Fe}^{3+} = 8 - 3 = 5. Então é d^5.
  • \mathrm{Ni}^{2+}: níquel é do grupo 10 → elétrons d em \mathrm{Ni}^{2+} = 10 - 2 = 8. Então é d^8.
  • \mathrm{Co}^{3+}: cobalto é do grupo 9 → elétrons d em \mathrm{Co}^{3+} = 9 - 3 = 6. Então é d^6.

Passo 6

Agora, para cada configuração d^n assumindo campo forte (CO → low-spin), vou distribuir os elétrons nos orbitais t_{2g} e e_g e contar elétrons desemparelhados.
Regra prática: em low-spin octaédrico, preenche-se t_{2g} primeiro, emparelhando se necessário, antes de colocar elétrons em e_g.
  • Para d^4 ( \mathrm{Mn}^{3+} ): em low-spin, os 4 elétrons vão para t_{2g}, ficando t_{2g}^4. Isso deixa 2 elétrons desemparelhados (configuração com uma orbital t_{2g} pareada e duas orbitais t_{2g} com um elétron cada). Logo: paramagnético (não diamagnético).
  • Para d^9 ( \mathrm{Cu}^{2+} ): em low-spin, t_{2g}^6 e_g^3. Sempre haverá pelo menos 1 elétron desemparelhado (um único elétron no conjunto e_g não pode ser totalmente pareado), logo paramagnético.
  • Para d^5 ( \mathrm{Fe}^{3+} ): em low-spin, t_{2g}^5. Isso deixa exatamente 1 elétron desemparelhado (duas orbitais t_{2g} pareadas e uma com um só elétron). Logo paramagnético.
  • Para d^8 ( \mathrm{Ni}^{2+} ): em low-spin, t_{2g}^6 e_g^2. Os dois elétrons no e_g ocupam as duas orbitais e_g; pela regra de Hund eles tendem a ficar com spins paralelos se as orbitais são degeneradas (o que geralmente acontece), produzindo dois elétrons desemparelhados — portanto, na prática, muitos complexos octaédricos de \mathrm{Ni}^{2+} são paramagnéticos (com dois elétrons desemparelhados). Assim, não é diamagnético.
  • Para d^6 ( \mathrm{Co}^{3+} ): em low-spin com CO forte, os 6 elétrons preenchem perfeitamente os orbitais mais baixos: t_{2g}^6 e_g^0. Todos os elétrons estão emparelhados (não há elétrons nos e_g). Resultado: completamente pareado → diamagnético.

Passo 7

Conclusão lógica: entre as opções, apenas \mathrm{Co}^{3+} com d^6 em um campo forte (CO) produz a configuração low-spin t_{2g}^6 sem elétrons desemparelhados. Portanto é o íon que forma um complexo octaédrico diamagnético com CO.

Resposta

e) \mathrm{Co}^{3+}

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