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)
b)
(tetraédrico)
c)
d)
e)
f)
(tetraédrico)
g)
h)
Prediga o número de elétrons desemparelhados de cada complexo.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
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)
.
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
. Ao formar Co³⁺, ele perde três elétrons, geralmente removendo primeiro os elétrons 4s e depois os 3d. Então, Co³⁺ tem
.
Como
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)
(tetraédrico)
Primeiro, determinamos os elétrons d do Ni²⁺. O níquel (Ni) tem número atômico 28, então sua configuração eletrônica é
. Ao formar Ni²⁺, ele perde dois elétrons, geralmente os 4s, resultando em
.
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)
Vamos encontrar os elétrons d de Fe³⁺. Ferro (Fe) tem número atômico 26, com configuração
. Fe³⁺ perde três elétrons, ficando com
.
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)
Determinar os elétrons d de Fe³⁺ novamente:
.
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)
Zn²⁺ tem configuração
. Como está completamente cheio, não há elétrons desemparelhados.
Então, 0 elétrons desemparelhados.
Passo 7
f)
(tetraédrico)
Primeiro, determinamos os elétrons d de Co²⁺. Cobalto (Co) tem configuração
. Co²⁺ perde dois elétrons, geralmente os 4s, ficando com
.
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)
Determinar os elétrons d de Co³⁺:
.
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)
Determinar os elétrons d de Co³⁺ novamente:
.
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
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