Na série espectroquímica, a água é considerada um ligante de campo fraco. Baseando-se em um diagrama de energia do campo cristalino, o número de elétrons desemparelhados nos complexos
, é respectivamente:
Dados:
a) 4 e 5
b) 1 e 0
c) 0 e 4
d) 5 e 4
a) 4 e 5
b) 1 e 0
c) 0 e 4
d) 5 e 4
Passo 1
O enunciado pergunta: qual é o número de elétrons desemparelhados nos complexos
e
, respectivamente? Dados fornecidos:
,
,
. Foi dito também que a água (
) é ligante de campo fraco.
Passo 2
Vamos identificar os estados de oxidação do ferro em cada complexo e quantos elétrons
cada íon ferro possui.
- Em
a água é neutra, logo a carga do íon ferro é . Assim o ferro é . - Em
a água também é neutra, logo o ferro é .
Agora o número de elétrons
do ferro: o ferro neutro tem configuração eletrônica
. Removem-se primeiro os elétrons
ao formar catiões.
- Para
: tira-se os dois elétrons → sobra . Então é . - Para
: tira-se mais um elétron (do ) → . Então é .
Passo 3
Explico o conceito-chave que vamos usar: em complexos octaédricos (como
) os cinco orbitais
se dividem em dois conjuntos por efeito do campo cristalino:
A separação entre esses níveis chama-se
(ou
). Preenchemos elétrons nesses orbitais obedecendo a duas coisas: a) princípio de Aufbau (preencher níveis mais baixos primeiro), e b) regra de Hund (maximizar o número de elétrons desemparelhados enquanto isso for energeticamente favorável).
Passo 4
A força do ligante (aqui
) define se
é grande ou pequeno. Como o enunciado diz que
é ligante de campo fraco, temos
pequeno em comparação com a energia de emparelhamento. Isso leva a complexos de alto spin (high-spin), ou seja, os elétrons preferem ocupar orbitais diferentes (desemparelhados) antes de emparelhar.
Passo 5
Vamos montar as configurações eletrônicas de
(
) e
(
) em um campo octaédrico de alto spin.
-
Para
( ), em alto spin o preenchimento é um elétron em cada orbital disponível até completar 5 eletróns: Todos esses elétrons ficam desemparelhados (cada orbital com um elétron). Portanto o número de elétrons desemparelhados é. -
Para
( ), em alto spin preenche-se primeiro um elétron em cada um dos três e depois um em cada um dos dois (total 5 desemparelhados), mas resta o sexto elétron que causa emparelhamento em um dos . A configuração fica: Aqui há um par em um dos orbitaise os demais são desemparelhados. Contando os que permanecem sem par: elétrons desemparelhados.
Passo 6
Resumo físico-intuitivo para fixar: água é fraca, então “empilhar” elétrons em orbitais diferentes (sem emparelhar) é mais vantajoso que pagar a energia de emparelhamento — por isso high-spin. Assim
high-spin dá todos os 5 elétrons desemparelhados;
high-spin força um emparelhamento e resulta em 4 elétrons desemparelhados.
Passo 7
Confrontando com as alternativas: a alternativa que mostra
e
(nessa ordem) é a correta.