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Universidade Federal do Piauí
Química dos Metais de Transição
Ligação nos Compostos de
Coordenação
• Modelo deve explicar
– Ligação básica entre M (metal) e Ligante
– Cor e mudança de cores
– Comportamento magnético
– Estrutura
• Modelos disponíveis
– Teoria do Campo Cristalino (puramente eletrostático)
– Teoria do orbital molecular
– Combinação dos dois---> teoria do campo ligante
Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
Universidade Federal do Piauí
Química dos Metais de Transição
 H. Bethe (1929, teoria puramente eletrostática) e J. H. Van Vleck
(1932, introduziu caráter covalente, T. Campo Ligante) Consideram os
ligantes como cargas pontuais negativas, que exercem um campo
elétrico sobre o íon metálico.
 A Teoria do Campo Cristalino é um modelo eletrostático baseado na
repulsão entre os elétrons do ligante e os elétrons dos orbitais d do
metal, ou seja, se baseia no efeito dos ligantes sobre a energia dos
orbitais d.
Teoria do Campo Cristalino
Ligantes no
eixo cartesiano
Desdobramento do campo cristalino
10 Dq ou ΔO para geometria
octaédrica.
Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
Universidade Federal do Piauí
Química dos Metais de Transição
Teoria do Campo Cristalino
Desdobramento do campo cristalino
10 Dq ou ΔO para geometria
octaédrica.
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O valor numérico da energia que
corresponde a 10 Dq é uma medida da
força do campo eletrostático.
 Determinado a partir de dados
espectrais (UV-visível)
 Característico para cada complexo.
Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
Universidade Federal do Piauí
Química dos Metais de Transição
Teoria do Campo Cristalino
Energia de Estabilização do Campo Cristalino ( EECC)
diferença entre os elétrons
livres no orbital “d” e os elétrons
em um campo octaédrico.
Íon livre
Em um campo octaédrico
EECC = 1 x (- 4 Dq) = - 4 Dq
10 Dq para o Ti3+
= 240 kJ mol-1
EECC = - 96 kJ mol-1
mesma ordem de grandeza de uma
ligação química.
Exemplo : [Ti(H2O)6]3+
Ti3+
= [Ar] 3d1
Para as configurações:
d2
EECC = 2 x (- 4 Dq) = - 8 Dq
d3
EECC = 3 x (- 4 Dq) = - 12 Dq
A regra de Hund é obedecida nestes casos.
E para as configurações
a partir de d4
? O que
acontece?
Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
Universidade Federal do Piauí
Química dos Metais de Transição
Teoria do Campo Cristalino
Energia de Estabilização do Campo Cristalino ( EECC)
HÁ DUAS POSSIBILIDADES
Seguir a regra de Hund
EECC = 4 x (-4 Dq) + P = - 16 Dq + P
Onde, P = energia gasta para forçar
o emparelhamento dos elétrons no
mesmo orbital.
Representação = t2g
4
Íon livre
Em um campo
octaédrico
P
Spin baixo
Íon livre
Em um campo
octaédrico
Não Seguir a regra de Hund
EECC = 3 x (-4 Dq) + 1 x 6 Dq = - 6 Dq
Representação = t2g
3
eg
1
Spin Alto
Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
Universidade Federal do Piauí
Química dos Metais de Transição
Teoria do Campo Cristalino
Energia de Estabilização do Campo Cristalino ( EECC)
 A situação energeticamente mais favorável será preferida (menor energia).
 Depende dos valores de P e 10 Dq (medida da força do campo).
10 Dq > P o campo é dito CAMPO FORTE, o quarto elétron ocupará um dos orbitais
t2g , situação que corresponde à de SPIN BAIXO.
10 Dq < P o campo é dito CAMPO FRACO, o quarto elétron ocupará um dos orbitais
eg , situação que corresponde à de SPIN ALTO.
Íon livre
Em um campo
octaédrico
Íon livre
Em um campo
octaédrico
P
Spin baixo Spin alto
CAMPO FORTE CAMPO FRACO
Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
Universidade Federal do Piauí
Química dos Metais de Transição
Teoria do Campo Cristalino
Exercício 01: Utilizando o modelo da TCC, faça diagramas de níveis de energia para
os íons:
a) [Fe(dipy)3]2+
(spin baixo) b) [Fe(NH3)6]2+
(spin alto)
Exercício 02: Considere a reação Mn3+
+ 6 H2O → [Mn(H2O)6]3+
. Para o complexo
formado, 10 Dq = 250 kJ mol-1
. Para Mn3+
gasoso, P = 300 kJ mol-1
; suponha que,
no complexo, seu valor seja 20 % menor.
a) O complexo é de campo forte ou campo fraco?
b) De acordo com a TCC, desenhe um diagrama de níveis de energia mostrando os
orbitais d do íon Mn3+
antes e depois da complexação. Faça as respectivas
distribuições eletrônicas.
c) Calcule, em kJ mol-1
, a EECC envolvida na formação do complexo.
Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
Universidade Federal do Piauí
Química dos Metais de Transição
Teoria do Campo Cristalino
DETERMINAÇÃO DA ENERGIA CORRESPONDENTE A 10 Dq OU ΔO
Exemplo : [Ti(H2O)6]3+
coloração violeta
Ti3+
= [Ar] 3d1
Íon livre
Em um campo octaédrico
λ
chN
Dq A ⋅⋅
=∆Oou10
Equação para o calculo de 10 Dq:
Onde:
NA = 6,022 x 1023
mol-1
Numero de Avogrado
h = 6,626 x 10-34
J.s Constante de Plank
c = 2,998 x 108
m.s-1
Velocidade da Luz
λ = Comprimento de onda (em metros)
ν = 1 / λ Número de onda (dado em cm-1
)
Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
Universidade Federal do Piauí
Química dos Metais de Transição
Teoria do Campo Cristalino
DETERMINAÇÃO DA ENERGIA CORRESPONDENTE A 10 Dq OU ΔO
λ
chN
Dq A ⋅⋅
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λ = Comprimento de onda (em metros)
ν = 1 / λ Número de onda (dado em cm-1
)
Exercício: QUESTÃO 14 DA LISTA DE EXERCÍCIOS
Estime o desdobramento do campo cristalino (valor de 10Dq) para (a) [CoCl6
]3
(λmáx.
= 740
nm); (b) [Cr(NH3
)6
]3+
(λmáx.
= 460 nm); (c) [Cr(H2
O)6
]3+
(λmáx.
= 575 nm), onde λmáx.
é o
comprimento de onda da luz mais intensamente absorvida. Arranje os ligantes em ordem
crescente de força de desdobramento do campo cristalino.
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chN
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= 460 nm); (c) [Cr(H2
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]3+
(λmáx.
= 575 nm), onde λmáx.
é o
comprimento de onda da luz mais intensamente absorvida. Arranje os ligantes em ordem
crescente de força de desdobramento do campo cristalino.
Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007

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  • 1. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição Ligação nos Compostos de Coordenação • Modelo deve explicar – Ligação básica entre M (metal) e Ligante – Cor e mudança de cores – Comportamento magnético – Estrutura • Modelos disponíveis – Teoria do Campo Cristalino (puramente eletrostático) – Teoria do orbital molecular – Combinação dos dois---> teoria do campo ligante Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
  • 2. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição  H. Bethe (1929, teoria puramente eletrostática) e J. H. Van Vleck (1932, introduziu caráter covalente, T. Campo Ligante) Consideram os ligantes como cargas pontuais negativas, que exercem um campo elétrico sobre o íon metálico.  A Teoria do Campo Cristalino é um modelo eletrostático baseado na repulsão entre os elétrons do ligante e os elétrons dos orbitais d do metal, ou seja, se baseia no efeito dos ligantes sobre a energia dos orbitais d. Teoria do Campo Cristalino Ligantes no eixo cartesiano Desdobramento do campo cristalino 10 Dq ou ΔO para geometria octaédrica. Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
  • 3. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição Teoria do Campo Cristalino Desdobramento do campo cristalino 10 Dq ou ΔO para geometria octaédrica. + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - O valor numérico da energia que corresponde a 10 Dq é uma medida da força do campo eletrostático.  Determinado a partir de dados espectrais (UV-visível)  Característico para cada complexo. Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
  • 4. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição Teoria do Campo Cristalino Energia de Estabilização do Campo Cristalino ( EECC) diferença entre os elétrons livres no orbital “d” e os elétrons em um campo octaédrico. Íon livre Em um campo octaédrico EECC = 1 x (- 4 Dq) = - 4 Dq 10 Dq para o Ti3+ = 240 kJ mol-1 EECC = - 96 kJ mol-1 mesma ordem de grandeza de uma ligação química. Exemplo : [Ti(H2O)6]3+ Ti3+ = [Ar] 3d1 Para as configurações: d2 EECC = 2 x (- 4 Dq) = - 8 Dq d3 EECC = 3 x (- 4 Dq) = - 12 Dq A regra de Hund é obedecida nestes casos. E para as configurações a partir de d4 ? O que acontece? Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
  • 5. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição Teoria do Campo Cristalino Energia de Estabilização do Campo Cristalino ( EECC) HÁ DUAS POSSIBILIDADES Seguir a regra de Hund EECC = 4 x (-4 Dq) + P = - 16 Dq + P Onde, P = energia gasta para forçar o emparelhamento dos elétrons no mesmo orbital. Representação = t2g 4 Íon livre Em um campo octaédrico P Spin baixo Íon livre Em um campo octaédrico Não Seguir a regra de Hund EECC = 3 x (-4 Dq) + 1 x 6 Dq = - 6 Dq Representação = t2g 3 eg 1 Spin Alto Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
  • 6. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição Teoria do Campo Cristalino Energia de Estabilização do Campo Cristalino ( EECC)  A situação energeticamente mais favorável será preferida (menor energia).  Depende dos valores de P e 10 Dq (medida da força do campo). 10 Dq > P o campo é dito CAMPO FORTE, o quarto elétron ocupará um dos orbitais t2g , situação que corresponde à de SPIN BAIXO. 10 Dq < P o campo é dito CAMPO FRACO, o quarto elétron ocupará um dos orbitais eg , situação que corresponde à de SPIN ALTO. Íon livre Em um campo octaédrico Íon livre Em um campo octaédrico P Spin baixo Spin alto CAMPO FORTE CAMPO FRACO Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
  • 7. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição Teoria do Campo Cristalino Exercício 01: Utilizando o modelo da TCC, faça diagramas de níveis de energia para os íons: a) [Fe(dipy)3]2+ (spin baixo) b) [Fe(NH3)6]2+ (spin alto) Exercício 02: Considere a reação Mn3+ + 6 H2O → [Mn(H2O)6]3+ . Para o complexo formado, 10 Dq = 250 kJ mol-1 . Para Mn3+ gasoso, P = 300 kJ mol-1 ; suponha que, no complexo, seu valor seja 20 % menor. a) O complexo é de campo forte ou campo fraco? b) De acordo com a TCC, desenhe um diagrama de níveis de energia mostrando os orbitais d do íon Mn3+ antes e depois da complexação. Faça as respectivas distribuições eletrônicas. c) Calcule, em kJ mol-1 , a EECC envolvida na formação do complexo. Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
  • 8. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição Teoria do Campo Cristalino DETERMINAÇÃO DA ENERGIA CORRESPONDENTE A 10 Dq OU ΔO Exemplo : [Ti(H2O)6]3+ coloração violeta Ti3+ = [Ar] 3d1 Íon livre Em um campo octaédrico λ chN Dq A ⋅⋅ =∆Oou10 Equação para o calculo de 10 Dq: Onde: NA = 6,022 x 1023 mol-1 Numero de Avogrado h = 6,626 x 10-34 J.s Constante de Plank c = 2,998 x 108 m.s-1 Velocidade da Luz λ = Comprimento de onda (em metros) ν = 1 / λ Número de onda (dado em cm-1 ) Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
  • 9. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição Teoria do Campo Cristalino DETERMINAÇÃO DA ENERGIA CORRESPONDENTE A 10 Dq OU ΔO λ chN Dq A ⋅⋅ =∆Oou10 Equação para o calculo de 10 Dq: Onde: NA = 6,022 x 1023 mol-1 Numero de Avogrado h = 6,626 x 10-34 J.s Constante de Plank c = 2,998 x 108 m.s-1 Velocidade da Luz λ = Comprimento de onda (em metros) ν = 1 / λ Número de onda (dado em cm-1 ) Exercício: QUESTÃO 14 DA LISTA DE EXERCÍCIOS Estime o desdobramento do campo cristalino (valor de 10Dq) para (a) [CoCl6 ]3 (λmáx. = 740 nm); (b) [Cr(NH3 )6 ]3+ (λmáx. = 460 nm); (c) [Cr(H2 O)6 ]3+ (λmáx. = 575 nm), onde λmáx. é o comprimento de onda da luz mais intensamente absorvida. Arranje os ligantes em ordem crescente de força de desdobramento do campo cristalino. Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007
  • 10. Universidade Federal do Piauí Química dos Metais de Transição Teoria do Campo Cristalino DETERMINAÇÃO DA ENERGIA CORRESPONDENTE A 10 Dq OU ΔO λ chN Dq A ⋅⋅ =∆Oou10 Equação para o calculo de 10 Dq: Onde: NA = 6,022 x 1023 mol-1 Numero de Avogrado h = 6,626 x 10-34 J.s Constante de Plank c = 2,998 x 108 m.s-1 Velocidade da Luz λ = Comprimento de onda (em metros) ν = 1 / λ Número de onda (dado em cm-1 ) Exercício: QUESTÃO 14 DA LISTA DE EXERCÍCIOS Estime o desdobramento do campo cristalino (valor de 10Dq) para (a) [CoCl6 ]3 (λmáx. = 740 nm); (b) [Cr(NH3 )6 ]3+ (λmáx. = 460 nm); (c) [Cr(H2 O)6 ]3+ (λmáx. = 575 nm), onde λmáx. é o comprimento de onda da luz mais intensamente absorvida. Arranje os ligantes em ordem crescente de força de desdobramento do campo cristalino. Por: Lee Marx G. C. Mestrando – QUÍMICA Novembro - 2007