Configuração Eletrônica e Raios Atômicos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
Química Inorgânica – 2023/2 Profa. A Dra. Angélica Ellen Graminha 
Ana Lívia Melle RA:
Eduarda Castellen da Silva RA: 822582
Exercícios para nota 
1. Descreva a configuração eletrônica dos elementos em cada grupo dos metais de transição (3 -12) discutindo e justificando os desvios de comportamento. 
2. Discuta detalhadamente sobre o raio atômico dos metais de transição no período e no grupo, destacando as exceções. 
Os raios covalentes dos elementos de transição decrescem da esquerda para a direita ao longo de uma série de transição, até próximo ao final, onde se observa um pequeno aumento de tamanho. Da esquerda para a direita, prótons e um número correspondente de elétrons são adicionados ao núcleo e à eletrosfera para gerar os elementos sucessivos da tabela periódica. Os elétrons blindam de forma incompleta a carga nuclear (elétrons d blindam menos eficientemente que elétrons p, e estes mesmos ineficientes, a carga nuclear efetiva aumenta e atrai mais fortemente todos os elétrons, provocando a contração do tamanho).
Os átomos dos elementos de transição são menores que os elementos dos grupos 1 e 2 do mesmo período. Em parte disso decorre da contração de tamanho normal observada ao longo de um período e em parte porque os elétrons extras são acomodados no penúltimo nível do e não no nível mais externo do átomo.
Os elementos de transição são classificados em grupos verticais de três elementos (tríades), às vezes de quatro elementos, que possuem configurações eletrônicas semelhantes. Ao se descer por um dos grupos representativos de elementos, ou seja, dos blocos s e p, o tamanho dos átomos aumenta por causa da presença de camadas adicionais de elétrons. Essa tendência é observada tanto nos raios covalentes como nos raios iônicos. 
As exceções específicas: O lantânio (La) e o actínio (Ac) são dois exemplos de exceções na Tabela Periódica. Embora estejam no grupo 3, o lantânio é frequentemente considerado um metal de transição devido às suas propriedades semelhantes aos metais de transição. O lantânio exibe uma "contração do lantânio", que causa um raio atômico menor do que o esperado para um metal do grupo 3. O mesmo fenômeno ocorre no grupo dos actinídeos com o (Ac). O Ac apresenta uma contração similar ao lantânio, levando a um raio atômico menor do que seria esperado para um elemento do grupo 3.
3. Explique a estabilidade dos estados de oxidação variável presentes no grupo.
4. Defina complexos de coordenação, explique os tipos de ligação existente e dê exemplos. 
Os elementos de transição exibem uma tendência inigualada de formar compostos de coordenação com bases de Lewis, com grupos capazes de doar um par de elétrons. Esses grupos são denominados ligantes. Um ligante pode ser uma molécula neutra com o NH3, ou íons tais como Cl- ou CN +. O cobalto forma mais complexos que qualquer outro elemento, é forma mais composta que qualquer outro elemento, exceto o carbono.
Existem dois principais tipos de ligação nos complexos de coordenação: a ligação iônica e a ligação de coordenação.
Ligação Iônica: A ligação iônica ocorre entre o íon metálico central e os ligantes quando há uma transferência de elétrons do metal para os ligantes. Os ligantes, ao aceitar elétrons, adquirem uma carga negativa, e o íon metálico central, ao perder elétrons, adquire uma carga positiva.
Exemplo: [Cu(H₂O) ₆] ²⁺, onde o íon cobre (II) doa dois elétrons para seis moléculas de água (ligantes).
Ligação de Coordenação: A ligação de coordenação ocorre quando os ligantes compartilham pares de elétrons com o íon metálico central sem transferência direta de elétrons. Os ligantes mantêm sua carga e não há uma transferência clara de elétrons, mas há uma ligação mais forte entre o metal e os ligantes devido ao compartilhamento de pares de elétrons.
Exemplo: [Fe (CN)₆] ³⁻, onde o íon ferro (III) forma ligações coordenativas com seis íons cianeto (ligantes).
Exemplos de Complexos de Coordenação em Metais de Transição:
[Ni(H₂O) ₆] ²⁺ (Hexa-hidrato níquel (II)):
O íon níquel (II) forma ligações coordenativas com seis moléculas de água. A carga líquida do complexo é +2.
[Co (NH₃) ₆] ³⁺ (Hexa-amino-cobalto (III)):
O íon cobalto (III) forma ligações coordenativas com seis moléculas de amônia. A carga líquida do complexo é +3.
[HTC₄] ²⁻ (Tetracloreto de platina (II)):
O íon platina (II) forma ligações coordenativas com quatro íons cloreto. A carga líquida do complexo é -2.
[Fe (CN)₆] ³⁻ (Hexacianoferrato (III)):
O íon ferro (III) forma ligações coordenativas com seis íons cianeto. A carga líquida do complexo é -3.
Os exemplos acima ilustram a diversidade de ligantes e íons metálicos que podem formar complexos de coordenação. A variedade nas configurações geométricas, nas propriedades magnéticas e nas reatividades químicas desses complexos torna os metais de transição e seus complexos de coordenação alvos de estudo em química inorgânica.
5. Descreva as principais geometrias dos complexos de coordenação e os tipos de isômeros. 
6. Explique a teoria do campo cristalino e a influência da série espectro química sobre o desdobramento do campo ligante. 
A teoria do campo cristalino (TCC) é uma abordagem teórica utilizada para explicar a estrutura eletrônica de complexos de coordenação formados por metais de transição. Ela foca na interação entre os elétrons do íon metálico e os ligantes ao seu redor, influenciando as propriedades magnéticas e espectrais dos complexos.
Principais Conceitos da Teoria do Campo Cristalino:
Configuração Eletrônica: A TCC parte da ideia de que os orbitais do metal de transição podem ser divididos em dois conjuntos de energia devido à interação com os ligantes. Esses conjuntos são conhecidos como orbitais de alta energia e orbitais de baixa energia.
Desdobramento do Campo Ligante: Os ligantes que se aproximam do íon metálico criam um campo de repulsão que afeta os orbitais de. Isso resulta em um desdobramento do nível de energia dos orbitais de, criando uma diferença de energia entre eles.
Configurações de Alta e Baixa Spin: Dependendo do número de elétrons nos orbitais de da magnitude do desdobramento do campo ligante, o íon metálico pode adotar uma configuração de alta spin (quando os elétrons ocupam orbitais de energia mais alta antes de emparelhar) ou uma configuração de baixa spin (quando os elétrons emparelham em orbitais de energia mais baixa).
Série Espectro química: A série espectro química é uma lista ordenada de ligantes de acordo com sua capacidade de causar desdobramento do campo ligante, ou seja, sua força em influenciar a diferença de energia entre os orbitais de. A série típica é:
I−Quando uma substância é colocada num campo magnético de intensidade H, a intensidade do campo magnético dentro da substância poderá ser maior ou menor que H. Se o campo dentro da substância for maior que H, a substância é paramagnética. É mais fácil para as linhas de forças magnéticas percorrerem de um material paramagnético que o vácuo. Assim, os materiais paramagnéticos atraem as linhas de força e se tiver liberdade para mover-se, um material paramagnético se deslocará de uma região de campo mais fraco para uma região de um campo mais forte. O paramagnetismo decorre da presença de spins de elétrons desemparelhados no átomo.
Se o campo dentro da substância for menor que H, a substância é diamagnética. Substâncias diamagnéticas tendem a repelir as linhas de força. É mais difícil para as linhas de forças magnéticas atravessarem um material diamagnético que o vácuo, e esses materiais tendem a se deslocar de uma região de um campo magnético mais forte para uma região de campo mais fraco. Em compostos magnéticos todos os spins eletrônicos estão desemparelhados. O efeito paramagnético é muito maior que o efeito diamagnético.
O ferromagnetismo pode ser considerado um caso particular de paramagnetismo no qual os momentos magnéticos de átomos individuais se alinham e apontam todos para uma mesma direção. A suscetibilidade magnética aumenta muito quando isso ocorre, quando comparada com a situação em que os momentos magnéticos não estão acoplados. O alimento ocorre quando os materiais são magnetizados, sendo que Fe, Co e Ni podem gerar ímãs permanentes. Propriedades ferromagnéticas foram observadas em diversos metais de transição e sem compostos. Também é possível ter propriedades antiferromagnéticas, por meio do emparelhamento dos momentos magnéticos de átomos adjacentes em sentidos opostos. Isso leva a um momento magnético inferior ao esperado para um conjunto de íons independentes.
O antiferromagnetismo ocorre em diversos sais simples de Fe 3+, Mn 2+ e Gd 3+. Como o ferromagnetismo e o antiferromagnetismo dependem da orientação, eles desaparecem em solução.
Em resumo, os comportamentos magnéticos dos metais de transição são influenciados pela presença de elétrons desemparelhados em seus orbitais de. O diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo são fenômenos complexos que têm implicações importantes na compreensão das propriedades magnéticas dos materiais e são fundamentais em várias aplicações tecnológicas, incluindo na fabricação de ímãs e dispositivos eletrônicos.