Utilizando argumentos da TCC, explique por que metais com configuração d^8 e em situação de campo forte, apresentam preferencialmente geometria quadrática plana.

Passo 1

O problema pede que usemos a Teoria do Campo Cristalino (TCC) para entender por que complexos de metais com configuração eletrônica d^8, quando submetidos a ligantes fortes, preferem geometria quadrado-plana em vez da octaédrica usual. Vamos precisar dos conceitos de acoplamento campo cristalino (separação De<aoct), energia de emparelhamento P e do efeito Jahn–Teller.

Passo 2

Em um campo octaédrico forte temos a separação
De<aoct > P
e, para d^8, o arranjo de elétrons será de baixo spin:
t2g^6,eg^2
Os orbitais eg são degenerados ( dz^2 e dx^2-y^2) e comportam os dois elétrons restantes. Essa ocupação degenerada em eg gera instabilidade eletrônica—é o cerne do efeito Jahn–Teller.

Passo 3

O efeito Jahn–Teller diz que qualquer degeneração eletrônica num sistema não-linear levará a uma distorção que abaixe a simetria e retire a degeneração, diminuindo a energia total. Para um octaedro d^8 a distorção mais eficiente é alongar os eixos z até praticamente eliminar os ligantes axiais, passando de Oh para D4h extremo, i.e., geometria quadrado-plana. Nesse limite a separação entre dz^2 e dx^2-y^2 (chamemos de De<at) torna-se grande o bastante para que os dois elétrons eg emparelhem em dz^2, deixando dx^2-y^2 vazio.

Passo 4

No campo quadrado-plano de simetria D4h o diagrama de níveis cai na ordem
dx^2-y^2 > dxy > dz^2 > dxz,dyz,
e o preenchimento para d^8 é
(dxz)^2(dyz)^2(dz^2)^2(dxy)^2(dx^2-y^2)^0,
totalizando oito elétrons. A energia de estabilização é a soma dos produtos ocupação timesdesnível para cada orbital. Como De<at (separação entre dz^2 e dx^2-y^2) é elevada em campo forte, o ganho ao manter livres todos os elétrons em orbitais mais baixas supera em muito o custo de romper duas ligações axiais.

Passo 5

Em resumo, para metais d^8 com ligantes fortes temos dois efeitos cooperando:
1. De<aoct > P garante baixo spin e ocupação nos orbitais eg.
2. A degeneração eg^2 aciona efeito Jahn–Teller, distorcendo até a forma quadrado-plana.
Nesse arranjo dsp^2, o ganho de energia ao evitar ocupação de dx^2-y^2 (o orbital mais energético) compensa largamente a energia gasta para remover os ligantes axiais, tornando a geometria quadrado-plana a mais estável.

Resposta

Complexos d^8 em campo forte são suscetíveis ao efeito Jahn–Teller por terem dois elétrons degenerados em eg. A distorção tetragonal extrema (remoção de ligantes axiais) gera geometria quadrado-plana D4h, onde o orbital dx^2-y^2 fica alto o suficiente para permanecer vazio e os dois elétrons emparelham em dz^2. O ganho de estabilização eletrônica resultante supera o custo de romper ligantes axiais, explicando a preferência por forma quadrado-plana.

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