A sílica-gel é comumente usada para absorver umidade. Para algumas aplicações, o cloreto de cobalto(II) é incorporado ao material, tornando-o colorido. Absorção de água leva ao complexo hexa-hidratado, causando mudança de cor e indicando que a sílica-gel deve ser regenerada ou substituída.
a) Determine qual complexo é azul e qual é rosa. Justifique.
b) Dependendo das condições experimentais, tanto o íon
como o
podem ser observados. Esboce os diagramas de energia e compare as propriedades magnéticas destes complexos, sabendo que seus momentos magnéticos são diferentes.
a) Determine qual complexo é azul e qual é rosa. Justifique.
b) Dependendo das condições experimentais, tanto o íon
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado pede e as informações que temos, sem ainda resolver nada.
- O enunciado dá dois complexos de cobalto(II):
e . - Pede, em (a), identificar qual complexo é azul e qual é rosa, justificando.
- Pede, em (b), esboçar os diagramas de energia (ou seja, os diagramas de separação de níveis d para as geometrias correspondentes) e comparar as propriedades magnéticas desses complexos, sabendo que seus momentos magnéticos diferem.
Informações implícitas que usaremos (não resolvo ainda): cores de complexos vêm de transições d–d cuja energia depende da separação entre níveis d (o chamado
); a força de ligante e a geometria (octaédrica vs tetraédrica) determinam o valor de
; o número de elétrons desemparelhados determina o momento magnético (fórmula spin-only
, onde
é o número de elétrons desemparelhados).
Passo 2
Explicar didaticamente por que complexos d-coloridos têm cor (princípio físico).
- Moléculas/pólos coloridos frequentemente absorvem luz visível em uma faixa de comprimentos de onda; a cor observada é a cor complementar da luz absorvida.
- Em complexos de metais de transição, muitos comprimentos de onda visíveis são absorvidos por transições eletrônicas entre níveis d divididos pela interação com os ligantes — essas são as transições d–d.
- A energia das transições d–d é aproximadamente igual à separação entre os níveis d (denotada por
). Uma pequena corresponde a absorção de fótons de baixa energia (comprimento de onda grande, ex.: vermelho/laranja); uma grande corresponde a absorção de fótons de maior energia (comprimento de onda menor, ex.: azul/verde). - Portanto, para decidir a cor: identificar qual complexo tem
menor (absorve em comprimentos maiores → cor complementar será azul) ou maior (absorve em comprimentos menores → cor complementar será rosa/laranja, dependendo do comprimento exato).
Passo 3
Explicar o efeito da geometria (octaédrica vs tetraédrica) e a força dos ligantes na separação
.
- Para geometria octaédrica: os cinco orbitais d se dividem em dois níveis: nível inferior
(3 orbitais) e nível superior (2 orbitais), separados por . - Para geometria tetraédrica: a divisão é invertida (nível inferior
com 2 orbitais e nível superior com 3 orbitais) e a separação é menor que a octaédrica; tipicamente (ordem de grandeza). Então tetraédrico → significativamente menor do que octaédrico. - A força do ligante também importa: ligantes mais fortes no espectro espectroquímico aumentam
. A sequência simplificada (do fraco para o forte) inclui (ou seja, é um ligante mais fraco que ). - Conclusão qualitativa: um complexo tetraédrico com
terá bem menor que um complexo octaédrico com .
Passo 4
Aplicar as ideias ao nosso caso e justificar as cores pedidas em (a).
- O ânion
tem geometria tetraédrica ( comum para complexos com muitos Cl^- ) e ligantes que são fracos, logo tem pequeno. Uma pequena significa que o complexo absorve luz de menor energia (comprimentos de onda maiores — por exemplo, laranja/vermelho). A cor transmitida/observada será a complementar do vermelho/laranja, ou seja, azul. Portanto é azul. - O cátion
é octaédrico (hexa-aqua) e as moléculas de água são ligantes relativamente mais fortes que , resultando em maior. Uma maior corresponde a absorção de fótons de maior energia (menor comprimento de onda — por exemplo, verde) e, por complementaridade, o complexo aparece rosa (combinando transmissão de vermelho/rosa). Portanto é rosa. - Observação prática: isso é exatamente o que se observa experimentalmente — sais de Co(II) hidratados são rosados, enquanto soluções com alta concentração de Cl^- formando
ficam azuis.
Passo 5
Esboço do diagrama de energia e ocupação eletrônica para
(octaédrico) — ensino passo a passo.
- Co(II) tem configuração eletrônica do íon:
(sete elétrons nos orbitais d). - Diagrama octaédrico: dois níveis,
(mais baixo) e (mais alto), separados por . Escreveremos a ocupação: com setas de spins. Em palavras: cinco elétrons ocupam os três orbitais (haverá emparelhamentos) e os dois elétrons restantes ocupam os dois orbitais . - Contagem de elétrons desemparelhados: nessa configuração de alto spin (o que ocorre com
que é ligante de campo moderado/ fraco), o número de elétrons desemparelhados é . (Se quiser visualizar: há três orbitais com elétrons com spin não emparelhado no total.) - Desenho textual simplificado (setas representam spins):
(Total de 7 elétrons; 3 não emparelhados.)
Passo 6
Esboço do diagrama de energia e ocupação eletrônica para
(tetraédrico) — ensino passo a passo.
- Ainda temos
. No tetraédrico, os níveis são invertidos em termos de degeneração: o nível inferior é (2 orbitais) e o nível superior é (3 orbitais), separados por (pequeno). - Diagrama tetraédrico e ocupação (alto spin, já que
é fraco): Em setas:
(Total 7 elétrons; novamente
elétrons desemparelhados, pois os três elétrons em
ficam com spins paralelos.)
- Observação: apesar de ambos terem
elétrons desemparelhados, a separação é muito menor que , o que explica diferenças de cor (já discutidas).
Passo 7
Comparação das propriedades magnéticas — cálculo e interpretação (didático).
- Fórmula spin-only (apenas contribuição de spin; resultado em unidades de magneton de Bohr
): onde é o número de elétrons desemparelhados. - Ambos os complexos (nas condições dadas) são de alto spin com
. Portanto, o momento magnético puramente spin-only é: - Mas atenção importante (explicação didática): o valor medido experimentalmente frequentemente difere do spin-only por causa da contribuição do momento orbital e por efeitos de recobrimento/cristal campo. Em íons
(configuração ) há contribuição orbital significativa, que não é totalmente “quenchada” (reduzida) em geometria tetraédrica. Em termos simples: - Em geometria octaédrica (como
) há mais quenching do momento orbital, então o momento medido fica um pouco acima do valor spin-only, mas não tanto. Valores experimentais típicos: cerca de a dependendo do ambiente (água pura costuma dar algo próximo de – ). - Em geometria tetraédrica (como
) o quenching orbital é menor e a contribuição orbital aumenta o momento magnético observado, tipicamente levando a valores mais altos (por exemplo – em muitos compostos tetraédricos).
- Em geometria octaédrica (como
- Resumindo a comparação qualitativa: ambos são paramagnéticos com três elétrons desemparelhados; o valor spin-only é
, mas experimentalmente tende a apresentar um momento magnético maior que devido a uma maior contribuição orbital no tetraédrico.
Passo 8
Breve comentário experimental e conclusão prática (ânimo e dica para prova).
- Conclusão prática: se numa prova perguntarem “qual é azul/rosa?” use a lógica: tetraédrico + Cl^- →
pequeno → absorve vermelho → aparece azul; octaédrico + H2O → maior → absorve verde → aparece rosa. - Para comparar magnetismo: conte elétrons d, determine
(número de elétrons desemparelhados) com base na geometria e no caráter do ligante (alto/baixo spin), aplique e lembre-se de comentar sobre contribuição orbital (importante para Co(II)). Isso resolve questões de teoria e também explica diferenças práticas entre valores calculados e medidos. Força — você consegue usar esse raciocínio rápido na prova!
Resposta
Ambos são