Represente as diferentes formas dos orbitais d no espaço e explique por que eles são desdobrados em dois grupos em um campo ligante.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente representar as diferentes formas dos orbitais d no espaço e explicar por que eles se dividem em dois grupos quando estão em um campo ligante. Isso envolve conceitos de química quântica, especificamente a teoria do campo de ligantes. Para resolver, vamos precisar entender como os orbitais d são formados e como eles interagem com os ligantes ao redor de um átomo central.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre os orbitais d. Esses orbitais têm formas únicas que podem ser visualizadas no espaço. Existem cinco orbitais d diferentes: , , , e . Cada um tem uma distribuição de densidade eletrônica específica que define sua forma tridimensional.

Passo 3

Vamos descrever as formas dos orbitais d:
  1. : Tem lobos entre os eixos x e y, no plano xy.
  2. : Tem lobos entre os eixos x e z, no plano xz.
  3. : Tem lobos entre os eixos y e z, no plano yz.
  4. : Tem lobos ao longo dos eixos x e y.
  5. : Tem lobos ao longo do eixo z e um anel em torno do mesmo eixo.

Passo 4

Agora, vamos entender o que acontece quando esses orbitais estão em um campo ligante, que é basicamente a presença de ligantes (átomos ou moléculas) ao redor de um átomo central. A interação entre os orbitais d e os ligantes causa uma separação de energia dos orbitais d.

Passo 5

No campo ligante, os orbitais d se dividem em dois grupos com diferentes energias:
  1. Grupo : Inclui os orbitais , e . Esses orbitais estão orientados entre os ligantes, então interagem menos com eles e, portanto, têm menor energia.
  2. Grupo : Inclui os orbitais e . Esses orbitais estão orientados diretamente para os ligantes, aumentando a interação e, consequentemente, a energia.

Passo 6

Essa divisão em dois grupos ocorre porque a distribuição espacial dos orbitais e faz com que eles interajam de maneira diferente com o campo eletrostático dos ligantes. Os orbitais apontando diretamente para os ligantes sofrem repulsão maior, aumentando sua energia, enquanto os apontam entre os ligantes, sofrendo menos repulsão e mantendo energia mais baixa.

Resposta

Os orbitais d se dividem em dois grupos no campo ligante devido à orientação espacial de suas densidades eletrônicas. Os orbitais , e formam o grupo com menor energia, pois estão orientados entre os ligantes, enquanto os orbitais e formam o grupo com maior energia, pois apontam diretamente para os ligantes, resultando em maior repulsão e energia.

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(b)
© O que explica a variação de cores em complexos de coordenação substituindo o ligante?
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