Desenhe um diagrama de níveis de energia de orbitais mostrando a configuração dos elétrons d sobre o íon de metal nos seguintes complexos: [CoCl4]^-2 (tetraédrico)
Prediga o número de elétrons desemparelhados de cada complexo.

Passo 1

Beleza, vamos resolver juntos esse exercício sobre química de complexos de metais de transição! A questão pede para a gente desenhar um diagrama de níveis de energia dos orbitais d para o íon de cobalto no complexo [CoCl4]^-2, que tem geometria tetraédrica. Além disso, precisamos prever quantos elétrons estarão desemparelhados nesse complexo. Para isso, vamos usar a Teoria do Campo de Dielétricos (CFT), que nos ajuda a entender como os elétrons se organizam nos orbitais de metais de transição quando eles formam complexos com ligantes.

Passo 2

Primeiro, vamos determinar a configuração eletrônica do cobalto no íon [CoCl4]^-2. O cobalto (Co) tem o número atômico 27, o que significa que, no estado neutro, tem 27 elétrons. No complexo [CoCl4]^-2, o íon tem uma carga de -2, mas os ligantes (Cl⁻) também possuem cargas. Cada Cl⁻ traz uma carga de -1, e como são 4 Cl⁻, a carga total dos ligantes é -4. Para o complexo ter carga total de -2, o íon de cobalto precisa ter uma carga de +2. Então, estamos lidando com um íon Co^2+.

Passo 3

Agora, vamos descobrir quantos elétrons o Co^2+ tem nos orbitais d. O cobalto neutro tem uma configuração eletrônica de [Ar] 3d^7 4s^2. Quando perde 2 elétrons para formar Co^2+, os elétrons são removidos primeiro dos orbitais 4s e depois dos 3d. Portanto, a configuração do Co^2+ é [Ar] 3d^7.

Passo 4

Como o complexo é tetraédrico, a Teoria do Campo de Dielétricos nos diz que os orbitais d se separam em duas energias diferentes: os orbitais e (com menor energia) e os orbitais t2 (com maior energia). Em um campo tetraédrico, a separação de energia ( De) ocorre porque os ligantes interagem mais fortemente com alguns orbitais d do que com outros, causando essa divisão.

Passo 5

Vamos distribuir os 7 elétrons do Co^2+ nos orbitais d de acordo com a regra de Hund e o princípio de Aufbau. Primeiro, colocamos um elétron em cada orbital e e t2 antes de emparelhar. Então, teremos:
  • Orbitais e: 2 elétrons (um em cada)
  • Orbitais t2: 5 elétrons

Passo 6

Agora, vamos preencher os orbitais t2 com os 5 elétrons restantes. Como existem três orbitais t2, colocamos um elétron em cada um primeiro (totalizando 3 elétrons), e depois emparelhamos os dois elétrons restantes em dois dos orbitais t2. Isso resulta em:
  • Orbitais e: 2 elétrons (ambos emparelhados)
  • Orbitais t2: 5 elétrons (dois emparelhados e um com um elétron solteiro)

Passo 7

Finalmente, contamos os elétrons desemparelhados. No nosso caso, só há um elétron desemparelhado nos orbitais t2. Portanto, o número de elétrons desemparelhados no complexo [CoCl4]^-2 é 1.

Resposta

O complexo [CoCl4]^-2 possui 1 elétron desemparelhado.

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