Giải Bài 5 trang 44 Chuyên đề Hoá học 12

Lời giải

Bước 1. Viết cấu hình electron của Fe và ion Fe³⁺

Fe (Z = 26): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^6\,4s^2$, tức $[Ar]\,3d^6\,4s^2$.

Trong $[FeF_6]^{3-}$, mỗi phối tử $F^-$ mang điện tích $-1$; tổng điện tích phức là $-3$, nên nguyên tử trung tâm là Fe³⁺ (số oxi hoá +3).

Fe³⁺: nhường 2 electron ở phân lớp $4s$ và 1 electron ở $3d$ ⇒ cấu hình $[Ar]\,3d^5$ (5 electron ở phân lớp 3d).

Bước 2. Sắp xếp electron 3d của Fe³⁺

$F^-$ là phối tử trường yếu nên không ghép đôi được các electron $3d$. Năm electron $3d$ phân bố vào 5 orbital $3d$, mỗi orbital một electron (5 electron độc thân):

$$3d:\ \uparrow\ \uparrow\ \uparrow\ \uparrow\ \uparrow$$

Vì cả 5 orbital $3d$ đều đã có electron, không còn orbital $3d$ trống để dùng cho sự lai hoá.

Bước 3. Lai hoá và nhận cặp electron của phối tử

Fe³⁺ phải dùng các orbital lớp ngoài còn trống là $4s$, ba orbital $4p$ và hai orbital $4d$ để lai hoá:

$$4s + 4p^3 + 4d^2 \rightarrow 6\ \text{orbital lai hoá}\ sp^3d^2$$

Sáu orbital lai hoá $sp^3d^2$ này đều trống, hướng về 6 đỉnh của hình bát diện. Mỗi ion $F^-$ (có các cặp electron chưa liên kết) cho một cặp electron vào một orbital lai hoá trống, tạo 6 liên kết cho – nhận Fe–F:

$$\begin{array}{c} \text{6 orbital } sp^3d^2:\ \uparrow\downarrow\ \uparrow\downarrow\ \uparrow\downarrow\ \uparrow\downarrow\ \uparrow\downarrow\ \uparrow\downarrow\\ (\text{6 cặp electron do 6 } F^- \text{ cho}) \end{array}$$

Bước 4. Kết luận

- Kiểu lai hoá của Fe³⁺ là $sp^3d^2$ ⇒ phức chất có dạng hình học bát diện (octahedral).
- Do dùng orbital $4d$ ở lớp ngoài nên đây là phức chất lai hoá ngoài (spin cao).
- Còn 5 electron độc thân ở phân lớp $3d$ ⇒ phức chất có tính thuận từ.

Đáp số