Desenhe um diagrama de níveis de energia de orbitais mostrando a configuração dos elétrons d sobre o íon de metal nos seguintes complexos:
[Fe(OH2)6]^+3
Prediga o número de elétrons desemparelhados de cada complexo.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão pede para desenharmos o diagrama de níveis de energia dos orbitais d e mostrarmos a configuração eletrônica dos elétrons d no íon de ferro no complexo [Fe(OH2)6]^+3. Além disso, precisamos prever o número de elétrons desemparelhados nesse complexo. Para resolver isso, vamos usar a teoria do campo cristalino, que nos ajuda a entender como os elétrons se distribuem nos orbitais em presença de ligantes.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar o estado de oxidação do ferro no complexo. O complexo é [Fe(OH2)6]^+3, o que significa que o ferro tem uma carga de +3, ou seja, é Fe³⁺.

Passo 3

Agora, vamos determinar a configuração eletrônica do Fe³⁺. O ferro neutro tem 26 elétrons, então Fe³⁺ tem 26 - 3 = 23 elétrons. A configuração eletrônica do ferro neutro é [Ar] 3d⁶ 4s². Quando perde 3 elétrons para formar Fe³⁺, perdemos primeiro os elétrons 4s e depois os 3d. Assim, a configuração de Fe³⁺ é [Ar] 3d⁵.

Passo 4

Com a configuração 3d⁵, temos 5 elétrons ocupando os orbitais d. No complexo [Fe(OH2)6]^+3, o arranjo é octaédrico devido aos 6 ligantes (as moléculas de água).

Passo 5

Na teoria do campo cristalino para um arranjo octaédrico, os orbitais d se dividem em dois conjuntos com diferentes energias: os orbitais t₂g (mais baixos em energia) e os orbitais e_g (mais altos em energia). A diferença de energia entre esses conjuntos é denominada Δ.

Passo 6

A água (H₂O) é considerada um ligante de campo fraco, o que significa que a separação de energia Δ é pequena. Em campos fracos, os elétrons preferem ocupar os orbitais disponíveis com spin não emparelhado antes de se emparelhar.

Passo 7

Com 5 elétrons no orbital d e em um campo fraco (Δ pequeno), cada um dos cinco orbitais d recebe um elétron não emparelhado antes que ocorra emparelhamento. Isso resulta em cinco elétrons desemparelhados.

Resposta

O número de elétrons desemparelhados no complexo [Fe(OH2)6]^+3 é cinco.

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