Represente diagramas de níveis de energia e indique a ocupação dos orbitais nos seguintes complexos:

a) d5, octaédrico, spin alto.

b) d8, octaédrico, spin baixo.

c) d4, quadrado planar.

d) d7, tetraédrico.

Question

Represente diagramas de níveis de energia e indique a ocupação dos orbitais nos seguintes complexos:

a) d5, octaédrico, spin alto.

b) d8, octaédrico, spin baixo.

c) d4, quadrado planar.

d) d7, tetraédrico.

Accepted Answer

Para representar os diagramas de níveis de energia e indicar a ocupação dos orbitais em complexos de coordenação, é importante considerar a geometria do complexo (octaédrico, quadrado planar ou tetraédrico) e a teoria do campo cristalino. Vamos analisar cada caso:

### a) $d^5$, octaédrico, spin alto

Em um campo octaédrico, os cinco primeiros elétrons preencherão individualmente cada um dos cinco orbitais d disponíveis ($t_{2g}$ e $e_g$) antes de qualquer emparelhamento ocorrer devido à configuração de spin alto.

- Os orbitais $t_{2g}$ (mais baixos em energia) serão totalmente preenchidos com 3 elétrons.
- Os orbitais $e_g$ (mais altos em energia) terão 2 elétrons, um em cada orbital, sem emparelhamento.

Diagrama:

```
   e_g  ↑   ↑
        ─── ───
 t_{2g} ↑↓  ↑↓  ↑↓
```

### b) $d^8$, octaédrico, spin baixo

Na configuração de spin baixo, os elétrons preferem emparelhar nos orbitais de menor energia antes de ocupar os de maior energia. Para um complexo $d^8$ octaédrico:

- Todos os três orbitais $t_{2g}$ serão totalmente preenchidos (6 elétrons).
- Os dois orbitais $e_g$ terão um total de 2 elétrons, ambos emparelhados, distribuídos entre si.

Diagrama:

```
   e_g  ↑↓  ↑↓
        ─── ───
 t_{2g} ↑↓  ↑↓  ↑↓
```

### c) $d^4$, quadrado planar

Em um complexo quadrado planar, o diagrama de níveis de energia difere significativamente do octaédrico devido à ausência de ligantes ao longo dos eixos z. Isso resulta em uma maior estabilização dos orbitais $d_{x^2-y^2}$:

- O orbital $d_{x^2-y^2}$ (mais alto em energia) ficará vazio ou com menos elétrons.
- Os outros orbitais serão preenchidos de forma a minimizar a repulsão, seguindo a regra de Hund tanto quanto possível dentro do contexto de um campo quadrado planar.

Diagrama para $d^4$:

```
    ↑↓     (d_{x^2-y^2})
    ───
    ↑↓     (d_{z^2})
    ───
    ↑↓     (d_{xy})
    ───
    ↑      (d_{xz}, d_{yz})
```

### d) $d^7$, tetraédrico

Complexos tetraédricos não experimentam um grande desdobramento do campo cristalino como os complexos octaédricos. Assim, eles não têm uma distinção tão marcada entre os orbitais de alta e baixa energia. Para $d^7$:

- Os elétrons são distribuídos entre os cinco orbitais d, com preferência por maximizar o número de spins paralelos devido à menor repulsão eletrônica (configuração de spin alto).

Diagrama:

```
    ↑↓  ↑   ↑   ↑   ↑
    ─── ─── ─── ─── ───
```

Estes diagramas simplificados mostram a ocupação dos elétrons nos diferentes orbitais d para cada caso específico, levando em conta as regras da teoria do campo cristalino e a distribuição de spin dos elétrons.