Química dos Química dos Compostos de Compostos de CoordenaçãoCoordenaçãoAlunos:Alunos:João Guilherme NitschJoão Guilherme Nitsch

1430014300Liziara de Mello ValerioLiziara de Mello Valerio

1390713907Lucas Rodrigues Abbruzzini Lucas Rodrigues Abbruzzini

1379213792

Prof. Dr. Élcio BarrakProf. Dr. Élcio Barrak

Universidade Federal de ItajubáUniversidade Federal de Itajubá

SumárioSumário

Complexos metálicosComplexos metálicos Ligantes com mais de um átomo Ligantes com mais de um átomo

doadordoador Nomenclatura de química de Nomenclatura de química de

coordenaçãocoordenação IsomerismoIsomerismo Cor e magnetismoCor e magnetismo Teoria do campo cristalinoTeoria do campo cristalino

Complexos MetálicosComplexos Metálicos

DefiniçãoDefinição: Uniões de um íon metálico : Uniões de um íon metálico central ligado a um grupo de moléculas ou central ligado a um grupo de moléculas ou íons vizinhos;íons vizinhos;

Os compostos que têm complexos são Os compostos que têm complexos são conhecidos como compostos de conhecidos como compostos de coordenação;coordenação;

As moléculas que circundam um complexo As moléculas que circundam um complexo são chamadas de ligantes;são chamadas de ligantes;

Teoria de WernerTeoria de Werner

Propõe que os íons metálicos exibem tanto Propõe que os íons metálicos exibem tanto valências primárias quanto secundárias.valências primárias quanto secundárias.

Exemplos:Exemplos:

Form. original Form. original CorCor Form. Moderna Form. ModernaCoClCoCl3 3 . 6 NH. 6 NH33 Laranja Laranja [Co(NH [Co(NH33))66]Cl]Cl33CoClCoCl3 3 . 5 NH. 5 NH33 Roxo Roxo [Co(NH [Co(NH33))55Cl]ClCl]Cl22CoClCoCl3 3 . 4 NH. 4 NH33 Verde Verde trans-[Co(NH trans-[Co(NH33))44ClCl22]Cl]Cl

CoClCoCl3 3 . 4 NH. 4 NH33 Violeta cis-[Co(NH Violeta cis-[Co(NH33))44ClCl22]Cl ]Cl

Ligação Metal-liganteLigação Metal-ligante

A ligação entre um ligante e um íon A ligação entre um ligante e um íon metálico é um exemplo de interação metálico é um exemplo de interação entre uma base de Lewis e um ácido entre uma base de Lewis e um ácido de Lewis.de Lewis.

A formação das ligações metal-A formação das ligações metal-ligante podem alterar ligante podem alterar profundamente as propriedades que profundamente as propriedades que observamos para o íon metálico.observamos para o íon metálico.

Cargas, Números de Coordenação e Geometrias

CargaCarga: a carga de um complexo é a : a carga de um complexo é a soma das cargas do metal central e soma das cargas do metal central e de seus ligantes circundantes.de seus ligantes circundantes.

Número de coordenaçãoNúmero de coordenação: é o número : é o número de átomos diretamente ligados ao de átomos diretamente ligados ao átomo metálico em um complexo.átomo metálico em um complexo.

Ligantes com mais de um Ligantes com mais de um Átomo DoadorÁtomo Doador

Ligantes monodentadosLigantes monodentados: possuem um único : possuem um único átomo doador e são capazes de ocupar átomo doador e são capazes de ocupar apenas um sítio em uma esfera de apenas um sítio em uma esfera de coordenação.coordenação.

Ligantes polidentadosLigantes polidentados: podem ter dois ou : podem ter dois ou mais átomos doadores, podendo coordenar-mais átomos doadores, podendo coordenar-se simultaneamente a um íon metálico, se simultaneamente a um íon metálico, conseqüentemente ocupando dois ou mais conseqüentemente ocupando dois ou mais sítios de coordenação. Estes também são sítios de coordenação. Estes também são chamados de agentes quelantes.chamados de agentes quelantes.

Efeito QuelatoEfeito Quelato: as constantes de : as constantes de formação geralmente maiores para formação geralmente maiores para os ligantes polidentados em os ligantes polidentados em comparação com os monodentados é comparação com os monodentados é conhecida como efeito quelato.conhecida como efeito quelato.

Os agentes quelatos são geralmente Os agentes quelatos são geralmente usados para prevenir uma ou mais usados para prevenir uma ou mais das reações costumeiras de um íon das reações costumeiras de um íon metálico sem removê-lo da solução.metálico sem removê-lo da solução.

Estruturas de três agentes quelantes,

“ox”, “en”, EDTA

Os complexos derivados da porfina Os complexos derivados da porfina são chamados de porfirinas; e contêm são chamados de porfirinas; e contêm diferentes íons metálicos e têm diferentes íons metálicos e têm diferentes grupos substituintes ligados diferentes grupos substituintes ligados aos átomos de carbono na periferia aos átomos de carbono na periferia dos ligantes.dos ligantes.

As clorofilas são porfirinas que contêm As clorofilas são porfirinas que contêm Mg(II) e são componentes-chave na Mg(II) e são componentes-chave na conversão de energia solar em formas conversão de energia solar em formas que podem ser usadas pelos que podem ser usadas pelos organismos vivos. organismos vivos.

CuriosidadeCuriosidade

Um método de tratar Um método de tratar envenenamento por chumbo é envenenamento por chumbo é administrar Naadministrar Na22[Ca(EDTA)]. O (EDTA) [Ca(EDTA)]. O (EDTA) quela-se ao chumbo, permitindo que quela-se ao chumbo, permitindo que ele seja removido do corpo pela ele seja removido do corpo pela urina.urina.

Nomenclatura de Química de Nomenclatura de Química de CoordenaçãoCoordenação

Regras que governam a nomenclatura de Regras que governam a nomenclatura de complexos:complexos:

Ao dar nome aos sais, o nome do ânion é Ao dar nome aos sais, o nome do ânion é dado antes do nome do cátion seguido da dado antes do nome do cátion seguido da palavra palavra

‘ ‘de’. Por exemplo: NaCl – cloreto de sódiode’. Por exemplo: NaCl – cloreto de sódio Em um íon ou molécula complexa, os ligantes Em um íon ou molécula complexa, os ligantes

recebem os nomes antes do metal, em ordem recebem os nomes antes do metal, em ordem alfabética e o número de ligantes não é alfabética e o número de ligantes não é considerado. Por exemplo:considerado. Por exemplo:

[Co(NH[Co(NH33))55Cl] – Pentaminclorocobalto (III)Cl] – Pentaminclorocobalto (III)

Os nomes dos ligantes aniônicos terminam com Os nomes dos ligantes aniônicos terminam com

a letra “o”, enquanto os ligantes neutros a letra “o”, enquanto os ligantes neutros ordinários possuem o nome das moléculas. Por ordinários possuem o nome das moléculas. Por exemplo: NHexemplo: NH33 - Amino H - Amino H22O – AquaO – Aqua

Os prefixos gregos (di, tri, tetra, penta, hexa) Os prefixos gregos (di, tri, tetra, penta, hexa) são usados para indicar o número de cada tipo são usados para indicar o número de cada tipo de ligante quando mais de um estiver presente. de ligante quando mais de um estiver presente. Se o ligante por si só já contém um prefixo Se o ligante por si só já contém um prefixo desse tipo usa-se (bis, tris, tetrakis etc.).desse tipo usa-se (bis, tris, tetrakis etc.).

[Co(en)[Co(en)33]Br]Br33 brometo de tris(etilenodiamin) brometo de tris(etilenodiamin) cobalto(III)cobalto(III)

Se um complexo for um ânion, seu nome Se um complexo for um ânion, seu nome termina em –ato. Por exemplo:termina em –ato. Por exemplo:

[CoCl[CoCl44]]-2-2 tetraclorocobaltato (II) tetraclorocobaltato (II)

O número de oxidação do metal é dado O número de oxidação do metal é dado entre parênteses em números romanos entre parênteses em números romanos após o nome do metal. Por exemplo:após o nome do metal. Por exemplo:

[(Ni(NH[(Ni(NH33))66]Br]Br22 brometo de hexaminníquel brometo de hexaminníquel (II)(II)

IsomerismoIsomerismo

Os isômeros são compostos com a Os isômeros são compostos com a mesma composição, mas em mesma composição, mas em diferentes arranjos de átomos e por diferentes arranjos de átomos e por isso com diferentes propriedades.isso com diferentes propriedades.

Número de Coordenação = Número de Coordenação = 22

Íons complexos nos quais o íon metálico central forma apenas duas ligações com ligantes são lineares (sp).

São lineares, pois formam apenas duas ligações com ângulo de 180°.

H H

H N Ag N H

H H][

Número de Coordenação = Número de Coordenação = 44

Apresentam dois tipos de geometria, a tetraédrica e a quadrada plana.

Na quadrada plana podem ocorrer isômeros geométricos, que diferem quanto à absorção, solubilidade em água, ponto de fusão e reatividade química. Os dois tipos são:

Cis: ligantes semelhantes estão o mais próximo possível

Trans: mantém esses grupos o mais afastado possível

Número de Coordenação = Número de Coordenação = 66

A geometria octaédrica é característica, estando equidistante do íon metálico central.

Neste número de coordenação também ocorre isomeria geométrica cis e trans.

Isomerismo estruturalIsomerismo estrutural

1) 1) Isomerismo de ligação.Isomerismo de ligação.

Ocorre quando um ligante é capaz deOcorre quando um ligante é capaz de

coordenar-se ao íon metálico por um de coordenar-se ao íon metálico por um de doisdois

átomos doadores.átomos doadores.

2) 2) Isomerismo de esfera de coordenação.Isomerismo de esfera de coordenação.

Diferem dos ligantes diretamente ligados Diferem dos ligantes diretamente ligados ao metal, em oposição a estar fora da ao metal, em oposição a estar fora da esfera de coordenação na rede sólidaesfera de coordenação na rede sólida

EsteroisomerismoEsteroisomerismo

São isômeros com os mesmos arranjos São isômeros com os mesmos arranjos dede

ligação química mas diferentes ligação química mas diferentes arranjosarranjos

espaciais dos ligantes.espaciais dos ligantes.

1) Isomerismo geométrico1) Isomerismo geométrico

Diferem um do outro nas posições relativasDiferem um do outro nas posições relativas

dos átomos doadores na esfera dedos átomos doadores na esfera de

coordenação. Os mais comuns são oscoordenação. Os mais comuns são os

isômeros cis e trans. Diferem um do outroisômeros cis e trans. Diferem um do outro

nas propriedades físicas e químicas.nas propriedades físicas e químicas.

2) Isomerismo óptico 2) Isomerismo óptico

São imagens especulares não-São imagens especulares não-superponíveissuperponíveis

uma da outra. São quirais. uma da outra. São quirais.

Cor e MagnetismoCor e Magnetismo

É importante se estudar cores e É importante se estudar cores e propriedades magnéticas dos propriedades magnéticas dos complexos de metais de transição complexos de metais de transição para o desenvolvimento de modelos para o desenvolvimento de modelos modernos para a ligação metal-modernos para a ligação metal-ligante.ligante.

CorCor

A cor de um complexo depende do elemento A cor de um complexo depende do elemento em particular, de seu estado de oxidação e em particular, de seu estado de oxidação e dos ligantes unidos ao metal.dos ligantes unidos ao metal.

Para que um composto tenha cor ele deve Para que um composto tenha cor ele deve absorver luz visível. A luz consiste em absorver luz visível. A luz consiste em radiação eletromagnética com comprimento radiação eletromagnética com comprimento de onda variando de aproximadamente 400 de onda variando de aproximadamente 400 até 700 nm.até 700 nm.

Um composto absorverá radiação quando Um composto absorverá radiação quando aquela radiação possuir a energia necessária aquela radiação possuir a energia necessária para mover um elétron de seu estado de para mover um elétron de seu estado de energia mais baixo para um mais excitado. energia mais baixo para um mais excitado.

Um objeto tem cor específica Um objeto tem cor específica quando:quando:

1)1) Ele reflete ou transmite luz daquela Ele reflete ou transmite luz daquela corcor

2)2) Ele absorve luz da cor Ele absorve luz da cor complementar. complementar.

MagnetismoMagnetismo

Muitos complexos de metais de Muitos complexos de metais de transição exibem paramagnetismo transição exibem paramagnetismo simples. Neles , os íons metálicos simples. Neles , os íons metálicos individuais possuem certo número de individuais possuem certo número de elétrons desemparelhados. elétrons desemparelhados.

Teoria do Campo CristalinoTeoria do Campo Cristalino

A Teoria de Campo cristalino é um dos modelos que explica a estrutura eletrônica e as cores de íons complexos.

Ligação ente ligantes e um íon metálico, onde supõe-se que o único efeito dos ligantes seja criar um campo eletrostático em torno dos orbitais “d” do íon metálico.

Energia de desdobramento de campo cristalino (∆q):

É a diferença de energia entre os grupos de orbitais.

A série espectroquímica relaciona os ligantes em ordem de suas habilidades de desdobrar as energias dos orbitais “d” em complexos octaédricos.

Cl- < F- < H2O < NH3 < en < NO2- (ligado por N) < CN-

A energia necessária para adicionar um quarto A energia necessária para adicionar um quarto elétron a um orbital telétron a um orbital t22 de mais baixa energia é de mais baixa energia é chamada de energia de emparelhamento de chamada de energia de emparelhamento de spin.spin.

Os elétrons “d” a seguir preferencialmente se Os elétrons “d” a seguir preferencialmente se emparelham nos orbitais de mais baixa energia, emparelham nos orbitais de mais baixa energia, produzindo um complexo de spin baixo.produzindo um complexo de spin baixo.

Quando os elétrons ocupam orbitais d de Quando os elétrons ocupam orbitais d de energia mais alta de preferência a energia mais alta de preferência a emparelharem-se no conjunto de orbitais de emparelharem-se no conjunto de orbitais de mais baixa energia, têm-se um complexo de mais baixa energia, têm-se um complexo de spin alto.spin alto.

Complexo de spin alto:

Maior número de elétrons não emparelhados. São previstos quando a energia de desdobramento do campo cristalino, ∆q é um número pequeno.

Complexo de spin baixo:

Menor número de elétrons emparelhados. São previstos quando a energia de desdobramento do campo cristalino, ∆q é um número grande.

Esse modelo explica a cor dos íons complexos. A energia de desdobramento determina o comprimento de onda da luz absorvida por um complexo, portanto, sua cor.

Com esse conhecimento foio possível organizar a série espectroquímica, considerando que, quando o ∆q diminui, o comprimento de onda aumenta, e maior é a tendência à formação de complexos de spin alto.

Uso dos Compostos de Uso dos Compostos de CoordenaçãoCoordenação

Tornar solúveis espécies insolúveis em água;Tornar solúveis espécies insolúveis em água;

Hemoglobina e o transporte de oxigênio;Hemoglobina e o transporte de oxigênio;

EDTA e envenenamento por chumbo;EDTA e envenenamento por chumbo;

Compostos de coordenação no tratamento do Compostos de coordenação no tratamento do câncer.câncer.

Referências Bibliográficas

T. L. Brown, H. E. LeMay Jr., B. E. T. L. Brown, H. E. LeMay Jr., B. E. Bursten e J. R. Burdge. Bursten e J. R. Burdge. Química: A Química: A Ciência CentralCiência Central, 9ª. ed.. São Paulo: , 9ª. ed.. São Paulo: Pearson, 2005.Pearson, 2005.