Teoria do Campo Cristalino e Teoria do Orbital Molecular

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG

Centro de Educação e Saúde – CES

Unidade Acadêmica de Educação – UAE

Disciplina: Química Inorgânica de Coordenação 

Professora: Ana Regina Campos

Teoria do Campo Cristalino e Teoria do Orbital Molecular

Aluna: Maria Viviane Araújo Lima

Cuité,20 de Março de 2015

Introdução

A Química de Coordenação nasceu da necessidade de explicar compostos com valência maior do que a esperada. Os complexos de coordenação são compostos que contém um átomo central ligado a um íon ou a uma molécula. Devido aos complexos não obedecerem às regas de valência, foram desenvolvidas várias teorias para explicar este fenômeno, dentre elas estão a Teoria de Werner, Teoria do Campo Cristalino (TCC) e a Teoria do Orbital Molecular (TOM).

O presente trabalho trás a definição da Teoria do Campo Cristalino e da Teoria do Orbital Molecular, com base em pesquisas foi possível esclarecer o melhor possível para o melhor entendimento dos conceitos.

Teoria do Campo Cristalino

Essa teoria foi proposta por Bethe e van Vleck. A força de atração entre o metal central e os ligantes do complexo é considerada como sendo de natureza puramente eletrostática. Assim, as ligações nos complexos podem ser consideradas como sendo devido a atração do tipo, íon – íon (entre íons Co3+  e Cl-  ). A teoria é bastante simples e tem sido utilizada com bastante êxito na explicação dos espectros eletrônicos e das propriedades magnéticas dos complexos dos metais de transição, particularmente quando as interações covalentes entre o metal e o ligante são consideradas. A teoria do campo cristalino modificada para conter as contribuições covalentes é denominada teria do campo ligante.

O metal de transição, ou seja, o átomo central do complexo, é um íon positivo com carga igual ao seu estado de oxidação. Este íon é rodeado por elementos denominados ligantes, que possuem cargas negativas ou moléculas as neutras que contém pares de elétrons livres.

Se o ligante for molécula neutra, como o caso do NH3, a área negativa do dipolo elétrico da molécula irá se aproximar do átomo central.  O NH3 tem momento dipolar com carga negativa no nitrogênio e carga parcialmente positiva nos hidrogênios. Os elétrons do átomo central estão sob a ação de repulsão causada pelos elétrons dos ligantes.

Suposições da teoria do campo cristalino:

• Os ligantes são vistos como cargas pontuais
• Não há interação entre os orbitais dos ligantes e do metal
• Todos os orbitais d do metal tem a mesma energia, mas quando há a formação do complexo, os ligantes removem o caráter degenerado desses orbitais.

 Esta teoria é responsável pelo desdobramento dos níveis de energia dos orbitais d, o qual justifica o espectro óptico e a estabilidade. A mecânica quântica prevê a existência de cinco orbitais d, que são os xy, xz, yz, x2-y2 e z2.Os compostos que têm essas combinações, junto com os ligantes os quais formam os campos cristalinos, que são fatores que determinam as diferenciações de energia dos orbitais d.² Devido à Teoria do Campo Cristalino não levar em consideração as sobreposições de orbitais, dos metais e do ligante esta teoria não consegue a série espectro química dos ligantes. 

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          dxy                            dxz                           dyz

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                                dx2-y2                              dz2

Os cinco orbitais d em suas respectivas orientações
no plano cartesiano.

As propriedades magnéticas e as cores dos complexos de metais de transição estão relacionadas à presença de elétrons d nos orbitais do metal, e a teoria do campo cristalino postula que a única interação entre o íon metálico e os ligantes circundantes deve-se as forças eletrostáticas entre a carga positiva do metal e as cargas negativas dos ligantes, e que a atração do metal para atrair um ligante é uma interação ácido-base de Lewis, pois a base que é o ligante doa um par de elétrons para o orbital vazio apropriado do metal (BROWN, 2005).

Os ligantes que provocam apenas um pequeno grau de desdobramento do campo cristalino são designados ligantes de campo fraco. Ligantes eu provoca um grande desdobramento são denominados ligantes de campo forte. A maioria dos valores de ∆ se encontra n faixa de 7.000 a 30.000 cm-1. Os ligantes mais comuns podem ser dispostos em ordem crescente em relação ao grau de desdobramento do campo cristalino ∆. A sequência permanece praticamente constante para os diversos metais e é denominada série espectroquímica.

Serie espectrouímica

Ligantes de campo fraco

I- < Br- < S2- < Cl-< NO3- < F- < OH- < EtOH < oxalato < H2O < EDTA < (NH3 e piridina) < etilenodiamina < bipiridina < o-fenantrolina < NO2-< CN- < CO Ligantes de campo forte,  

Em que quanto mais forte for o ligante, maior será a coloração visualizada, e se o ligante for de campo fraco, este possuirá uma coloração mais fraca (BROWN, 2005; LEE, 1999).

Teoria dos Orbitais moleculares

São integralmente consideradas nessa teoria tanto as contribuições covalentes como as iônicas. Embora essa teoria, provavelmente, seja a melhor para tratar a ligação química, ela não substitui totalmente as outras teorias. Isso porque os cálculos quantitativos envolvidos são difíceis e demorados, implicando no uso de computadores por tempos muito prolongados.