Desenhe um diagrama de níveis de energia de orbitais mostrando a configuração dos elétrons d sobre o íon de metal nos seguintes complexos:
Prediga o número de elétrons desemparelhados de cada complexo.
a) [Co(NH3)6]^+3
b) [NiCl4]^-2 (tetraédrico)
c) [Fe(OH2)6]^+3
d) [Fe(CN)6]^-3
e) [Zn(OH2)6]^+2
f) [CoCl4]^-2 (tetraédrico)
g) [Co(CN)6]^-3
h) [CoF6]^-3

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão pede para a gente desenhar diagramas de níveis de energia dos orbitais d e determinar o número de elétrons desemparelhados em diferentes complexos de íons metálicos. Isso envolve entender um pouco de Química de Coordenação, especialmente a Teoria do Campo de Cristal, que explica como ligantes ao redor de um metal afetam a distribuição de elétrons nos orbitais d. Vamos precisar saber sobre a geometria dos complexos (octaédrico ou tetraédrico), a configuração eletrônica dos metais, e como os elétrons se distribuem nos orbitais d* (anti-bonding) e d (bonding).

Passo 2

Vamos começar com o complexo a) [Co(NH3)6]^3+.
Primeiro, precisamos determinar o número de elétrons d no íon Co³⁺. O cobalto (Co) tem número atômico 27, o que significa que seu estado fundamental tem a configuração eletrônica [Ar],3d^7,4s^2. Ao formar Co³⁺, ele perde três elétrons, geralmente removendo primeiro os elétrons 4s e depois os 3d. Então, Co³⁺ tem 3d^6.
Como NH3 é um ligante forte, ele causa uma grande separação de energia entre os orbitais t₂g e e_g em um campo octaédrico, favorecendo a configuração de baixa spin. Em um complexo octaédrico de baixa spin com 6 elétrons d, os elétrons preenchem primeiro os orbitais t₂g antes de ocupar os e_g.
Distribuição:
  • t₂g: 6 elétrons (todos pareados)
  • e_g: 0 elétrons
Isso resulta em 0 elétrons desemparelhados.

Passo 3

b) [NiCl4]^2- (tetraédrico)
Primeiro, determinamos os elétrons d do Ni²⁺. O níquel (Ni) tem número atômico 28, então sua configuração eletrônica é [Ar],3d^8,4s^2. Ao formar Ni²⁺, ele perde dois elétrons, geralmente os 4s, resultando em 3d^8.
Em um campo tetraédrico, a separação de energia é menor e geralmente inversa ao octaédrico, resultando em um campo mais fraco. Tetraédrico geralmente produz configurações de alto spin.
Distribuição para tetraédrico com 8 elétrons d:
  • e: 4 elétrons
  • t₂: 4 elétrons
Isso resulta em 2 elétrons desemparelhados.

Passo 4

c) [Fe(OH2)6]^3+
Vamos encontrar os elétrons d de Fe³⁺. Ferro (Fe) tem número atômico 26, com configuração [Ar],3d^6,4s^2. Fe³⁺ perde três elétrons, ficando com 3d^5.
OH2 é um ligante neutro, geralmente considerado de campo fraco, resultando em um complexo de alto spin em geometria octaédrica.
Distribuição para octaédrico de alto spin com 5 elétrons d:
  • t₂g: 3 elétrons (todos desemparelhados)
  • e_g: 2 elétrons (desemparelhados)
Total de 5 elétrons desemparelhados.

Passo 5

d) [Fe(CN)6]^3-
Determinar os elétrons d de Fe³⁺ novamente: 3d^5.
CN^- é um ligante forte, causando grande separação de energia e favorecendo uma configuração de baixa spin em geometria octaédrica.
Distribuição para octaédrico de baixa spin com 5 elétrons d:
  • t₂g: 5 elétrons (completamente pareados ou quase)
  • e_g: 0 elétrons
Isso resulta em 1 elétron desemparelhado.

Passo 6

e) [Zn(OH2)6]^2+
Zn²⁺ tem configuração [Ar],3d^10. Como está completamente cheio, não há elétrons desemparelhados.
Então, 0 elétrons desemparelhados.

Passo 7

f) [CoCl4]^2- (tetraédrico)
Primeiro, determinamos os elétrons d de Co²⁺. Cobalto (Co) tem configuração [Ar],3d^7,4s^2. Co²⁺ perde dois elétrons, geralmente os 4s, ficando com 3d^7.
Cl^- é um ligante de campo fraco, favorecendo uma configuração de alto spin em geometria tetraédrica.
Distribuição para tetraédrico de alto spin com 7 elétrons d:
  • e: 4 elétrons
  • t₂: 3 elétrons
Isso resulta em 3 elétrons desemparelhados.

Passo 8

g) [Co(CN)6]^3-
Determinar os elétrons d de Co³⁺: 3d^6.
CN^- é um ligante forte, resultando em uma configuração de baixa spin em octaédrico.
Distribuição para octaédrico de baixa spin com 6 elétrons d:
  • t₂g: 6 elétrons (completamente pareados)
  • e_g: 0 elétrons
Isso resulta em 0 elétrons desemparelhados.

Passo 9

h) [CoF6]^3-
Determinar os elétrons d de Co³⁺ novamente: 3d^6.
F^- é um ligante de campo fraco, favorecendo uma configuração de alto spin em geometria octaédrica.
Distribuição para octaédrico de alto spin com 6 elétrons d:
  • t₂g: 4 elétrons (com 2 desemparelhados)
  • e_g: 2 elétrons (ambos desemparelhados)
Total de 4 elétrons desemparelhados.

Resposta

a) 0 elétrons desemparelhados
b) 2 elétrons desemparelhados
c) 5 elétrons desemparelhados
d) 1 elétron desemparelhado
e) 0 elétrons desemparelhados
f) 3 elétrons desemparelhados
g) 0 elétrons desemparelhados
h) 4 elétrons desemparelhados

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