1- Na reação do íon complexo
com o ligante
é formado o íon complexo
. O íon complexo formado na reação apresenta o mesmo comportamento magnético do íon complexo reagente? Justifique sua resposta considerando a TCC (Teoria do Campo Cristalino) e descreva a quantidade de elétrons presentes nos orbitais
para os íons complexos envolvidos na reação.
Passo 1
O enunciado descreve a reação entre o íon complexo
e o ligante
, que forma
. Pergunta-se se o íon complexo formado apresenta o mesmo comportamento magnético do reagente, e pede-se a justificativa usando a TCC (Teoria do Campo Cristalino) e a descrição de quantos elétrons existem nos orbitais
e
para os íons complexos envolvidos.
Informações relevantes dadas pelo enunciado: os dois complexos com carga e ligantes indicados (
e
).
Informações relevantes dadas pelo enunciado: os dois complexos com carga
Passo 2
Determinar o estado de oxidação do ferro em ambos os complexos (isso é essencial para contar elétrons d). Para
: cada
tem carga
, então seis cloretos somam
. A carga total do complexo é
, portanto o ferro precisa ter carga
para que
. Logo,
. O mesmo raciocínio vale para
: cada
tem carga
, seis dão
e a carga total é
, então o ferro também é
. Conclusão: em ambos os casos o ferro está em
.
Passo 3
Contar os elétrons d do
. O ferro neutro tem configuração eletrônica
. Ao perder dois elétrons para formar
, perde-se os dois
, ficando
. Portanto
é um íon
. Isso vale para os dois complexos.
Passo 4
Explicar, de maneira didática, a ideia da TCC que vamos usar:
- Num octaedro (típico para seis ligantes) os cinco orbitais d do metal se dividem em dois grupos por efeito do campo dos ligantes: os três orbitais de menor energia chamados
e os dois de maior energia chamados . - A diferença de energia entre esses grupos chama-se
(o “gap” cristalino octaédrico). - Existe também uma energia de pareamento
que é o custo de colocar dois elétrons no mesmo orbital (emparelhar). - Se
os elétrons preferem ocupar os orbitais com spins paralelos antes de se emparelharem — isso dá complexo de alto spin (muitos elétrons desemparelhados). - Se
é energeticamente mais favorável emparelhar elétrons nos antes de subir para — isso dá complexo de baixo spin (poucos ou nenhum elétron desemparelhado). - A força do ligante (onde ele fica numa “serie espectroquímica”) determina
: ligantes fracos (como ) produzem pequeno ; ligantes fortes (como ) produzem grande .
Passo 5
Aplicar TCC a
:
-
é um ligante fraco na série espectroquímica, portanto gera um pequeno. Assim e o complexo tende a ser de alto spin. - Para um íon
em alto spin a distribuição eletrônica é: . Vou explicar como se chega nisso: preenche-se primeiro um elétron em cada uma das três orbitais (3 elétrons, todos desemparelhados), depois um elétron em cada uma das duas (agora 5 elétrons, ainda todos desemparelhados), e o sexto elétron precisa emparelhar em um dos , resultando em . - Contagem de elétrons desemparelhados: em
temos 2 elétrons desemparelhados (porque um orbital tem par e dois orbitais têm um elétron cada), e em temos 2 elétrons desemparelhados. Total = elétrons desemparelhados. Portanto é paramagnético com quatro spins não pareados. (Se quiser calcular o momento magnético spin-only: com dá .)
Passo 6
Aplicar TCC a
:
-
é um ligante forte, produzindo um grande. Assim e o complexo tende a ser de baixo spin. - Para
em baixo spin os elétrons preferem encher os orbitais emparelhando antes de ocupar . Logo a configuração é . - Não há elétrons desemparelhados: total =
. Portanto é diamagnético.
Passo 7
Conclusão comparativa e justificação direta: os dois complexos possuem o mesmo estado de oxidação do ferro (
,
), mas como a força do ligante muda
, o complexo com
(ligante fraco) é alto spin e paramagnético com 4 elétrons desemparelhados, enquanto o complexo com
(ligante forte) é baixo spin e diamagnético sem elétrons desemparelhados. Portanto o comportamento magnético muda ao se substituir
por
, conforme previsto pela TCC.
Resposta
Não — o comportamento magnético muda:
é paramagnético (alto spin) com 4 elétrons desemparelhados;
é diamagnético (baixo spin) com 0 elétrons desemparelhados.