Escreva as configurações dos orbitais de campo cristalino dos seguintes complexos de metal de transição:
- spin alto,
- spin baixo
Explique porque o complexo
, octaédrico,de spin alto, é incolor.
Explique porque o complexo
Passo 1
Beleza, vamos resolver essa questão sobre química de coordenação! O enunciado pede para escrever as configurações dos orbitais de campo cristalino para alguns complexos de metal de transição e explicar por que um deles é incolor. Para isso, vamos precisar entender como funciona o campo cristalino em complexos octaédricos, as diferenças entre spin alto e baixo, e como isso afeta as propriedades do complexo.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que em um complexo octaédrico, os orbitais d dos metais de transição se separam em dois grupos: os orbitais de energia mais baixa chamados $ t_{2g} $ (dxy, dyz, dxz) e os de energia mais alta chamados $ e_g $ (dz², dx²-y²). Essa separação é devido à interação com os ligantes, que são as moléculas ou íons ao redor do metal.
Passo 3
Agora, vamos analisar cada complexo:
-
: - Cobre (Cu) tem 9 elétrons no orbital d (configuração $ d^9 $).
- Em campo cristalino octaédrico, os elétrons ocupam os $ t_{2g} $ primeiro e depois os $ e_g $.
- Com spin baixo (pares eletrônicos nos orbitais), mas como é $ d^9 $, temos uma configuração $ t_{2g}^6 e_g^3 $.
-
: - Vanádio (V) em +3 tem 2 elétrons no orbital d ($ d^2 $).
- Em campo octaédrico, ambos os elétrons ocupam os $ t_{2g} $, resultando em $ t_{2g}^2 e_g^0 $.
-
- spin alto: - Manganês (Mn) em +2 tem 5 elétrons no orbital d ($ d^5 $).
- Com spin alto, todos os orbitais $ t_{2g} $ e $ e_g $ ficam com um elétron cada, resultando em $ t_{2g}^3 e_g^2 $.
-
- spin baixo: - Cobalto (Co) em +3 tem 6 elétrons no orbital d ($ d^6 $).
- Com spin baixo, todos os $ t_{2g} $ estão cheios e os $ e_g $ também, resultando em $ t_{2g}^6 e_g^0 $.
Passo 4
Agora, sobre por que o complexo
, que é octaédrico e de spin alto, é incolor:
Quando a luz branca incide sobre um complexo, os elétrons podem absorver energia e pular de um orbital $ t_{2g} $ para um $ e_g
\Delta_o $) determina a cor absorvida. No caso do
, a energia da luz absorvida corresponde a uma faixa que não está no espectro visível, ou seja, nem absorve nem emite luz visível, fazendo com que o complexo pareça incolor.
Resposta
As configurações dos orbitais de campo cristalino são:
-
: $ t_{2g}^6 e_g^3 $ -
: $ t_{2g}^2 e_g^0 $ -
- spin alto: $ t_{2g}^3 e_g^2 $ -
- spin baixo: $ t_{2g}^6 e_g^0 $
O complexo
é incolor porque a energia da transição eletrônica necessária para saltar de $ t_{2g} $ para $ e_g $ não corresponde a nenhuma cor do espectro visível, resultando na ausência de absorção de luz visível.