Por que soluções de íons de metais de transição como
(azul) e
(verde) são coloridas, enquanto soluções de íons como
ou
são incolores?
Passo 1
O enunciado pergunta por que soluções aquosas de íons de metais de transição como
(azul) e
(verde) apresentam cor, enquanto soluções de íons como
ou
são incolores. O conteúdo envolvido é estrutura eletrônica de metais, teoria de campo cristalino (splitting de orbitais
) e transições eletrônicas que absorvem luz na região visível.
Passo 2
Metais de transição têm elétrons nos orbitais
. Por exemplo, na configuração de
temos
e em
temos
. Esses elétrons em orbitais
podem sofrer excitação para níveis de energia ligeiramente mais altos pelo bombardeio de fótons.
Em solução aquosa, o íon metálico fica cercado por moléculas de água que formam um campo elétrico não uniforme. Isso provoca o “splitting” dos cinco orbitais
em dois conjuntos de diferentes energias: níveis
e
. A diferença de energia
entre esses conjuntos cai muitas vezes na região do espectro visível.
Passo 3
Quando a luz branca incide sobre a solução, fótons com energia
são absorvidos para promover elétrons de
para
. A cor observada é o complemento (oposto no círculo cromático) do comprimento de onda absorvido. É essa absorção seletiva na faixa visível que faz
aparecer azul e
verde.
Passo 4
Íons como
e
não têm elétrons em orbitais
parcialmente preenchidos (suas configurações são
e
, respectivamente). As únicas transições eletrônicas possíveis ocorrem em energias muito maiores (UV), fora da região visível, de modo que não há absorção de luz visível e a solução permanece incolor.
Resposta
Soluções de metais de transição são coloridas porque possuem elétrons em orbitais
que, sob o campo das moléculas de água, separam-se em níveis de energia cuja diferença
corresponde a fótons visíveis, permitindo transições
. Íons como
ou
não têm elétrons
e só absorvem no UV, ficando incolores.