Introdução aos compostos coordenados
Se eu perguntasse qual é a cor do sangue humano, a maioria das pessoas diria ‘vermelho, é claro!’ Mas o sangue humano nem sempre é vermelho brilhante. Quando está em nossas veias, voltando ao coração sem oxigênio, fica escuro.
Se isso não é um choque, você sabia que lagostas e outros moluscos têm sangue claro e que quando interage com o oxigênio fica azul?
Acredite ou não, essas mudanças de cores frias resultam da ligação de compostos de coordenação com o oxigênio. Os compostos de coordenação não são seus compostos médios. Eles são compostos altamente organizados feitos de moléculas, íons e átomos. Antes de mergulharmos na definição de um composto de coordenação, vamos revisar alguns termos primeiro.
Um íon é uma partícula carregada. Um cátion é um íon carregado positivamente e um ânion é um íon carregado negativamente. Os metais de transição são metais nos grupos 1B-10B na tabela periódica. Eles perdem elétrons para formar cátions; alguns metais de transição podem formar mais de um tipo de cátion.
Agora, por um novo mandato. Um ligante é uma molécula ou íon neutro que possui um único par de elétrons e atua como uma base de Lewis. Os pares solitários carregados negativamente no ligante são atraídos por partículas positivas. Exemplos comuns de ligantes são água (H 2 O), amônia (NH 3 ) e cianeto (CN – ).
Acho que estamos prontos para lidar com compostos coordenados agora. Os compostos de coordenação são feitos de um metal de transição com ligantes anexados.
Se o composto de coordenação for um íon, é denominado íon complexo. Um íon complexo é um íon feito de metais de transição com ligantes anexados. Os íons complexos costumam ocorrer ligados a contra-íons, ou íons que têm uma carga oposta à do íon complexo.
Um exemplo de um composto de coordenação é Cr (NH 3 ) 6 3+ . Neste composto, o cromo é o metal de transição com seis ligantes de amônia em torno dele. A carga geral do composto é 3+, que também é a carga do íon cromo. Podemos inferir isso porque os ligantes não têm carga. Como esse composto tem uma carga, ele também é considerado um íon complexo. É provável que este composto ocorresse ligado a três contra-íons carregados negativamente, caso em que seria chamado de complexo coordenado. Imagine que este composto está ligado a três íons cloreto (Cl- ). Neste caso, a fórmula do composto seria Cr (NH 3 ) 6 Cl 3 .
Faz todo o sentido, certo? Se você disse não, não se preocupe! Mesmo o aluno (ou professor) de química mais brilhante está apto a lutar com compostos coordenados. Passaremos o restante desta lição aprendendo mais profundamente sobre os compostos de coordenação, incluindo como eles se ligam e por que são importantes.
Ligação em compostos coordenados
Os metais de transição são responsáveis por todos os tipos de atividades incomuns no mundo químico, como dar cor a compostos ou desempenhar funções vitais em seres vivos. Muitas de suas habilidades exclusivas têm a ver com suas configurações de elétrons. Por serem tão especiais, frequentemente encontramos os metais de transição como o centro das atenções, literalmente. Em compostos coordenados, o metal de transição está no meio do íon complexo.
Os metais de transição envolvidos no íon complexo têm dois conjuntos de elétrons de valência que participam da ligação. O primeiro conjunto de elétrons de ligação é chamado de valência primária e é o número de oxidação do metal. O número de oxidação pode ser determinado observando-se a carga do íon de metal de transição. O cobre 2+ (Cu 2+ ), por exemplo, tem um número de oxidação de 2. Às vezes, esse número deve ser inferido com base na carga geral do íon complexo. Os elétrons de valência primários estão envolvidos em ligações iônicas típicas.
O segundo conjunto de elétrons de valência do metal de transição é chamado de valência secundária, geralmente referida como o número de coordenação . Os elétrons de valência secundários estão envolvidos na ligação com os ligantes. O número de coordenação indica o número de ligantes aos quais um íon metálico está ligado.
Como acontece com muitas coisas na química, às vezes não há explicações fáceis para a ocorrência de certos fenômenos. Os números de coordenação são exemplos disso; não há realmente uma maneira fácil de prever com quantos ligantes um metal de transição é capaz de se ligar, e alguns metais são capazes de vários números de coordenação. A tabela abaixo mostra alguns exemplos de números de coordenação típicos para alguns íons metálicos comuns. O íon níquel 2+ pode ter números de coordenação de quatro ou seis. O íon um de prata só pode ter um número de coordenação de 2.
| Íon metálico | Número de coordenação |
|---|---|
| Ag + | 2 |
| Cu + | 2, 4 |
| Fe 2+ | 6 |
| Ni 2+ | 4, 6 |
| Cu 2+ | 4, 6 |
| Cr 3+ | 6 |
| Co 3+ | 6 |
Ligantes se ligam a metais de transição compartilhando um único par de elétrons. Este tipo de interação é uma reação ácido-base de Lewis, onde o íon metálico é o ácido de Lewis e o ligante é a base de Lewis. A ligação resultante na qual uma espécie doa os dois elétrons de ligação é chamada de ligação covalente coordenada .
Aqui estão alguns exemplos de compostos de coordenação em uma tabela que identifica os componentes de cada composto. Em todos os casos, observe como o íon de metal de transição está no centro dos ligantes.
| Composto | Ligante (Base de Lewis) | Íon metálico (ácido de Lewis) | Número de coordenação |
|---|---|---|---|
| [Cu (NH 3 ) 4 ] 2+ | NH 3 | Cu 2+ | 4 |
| [Ag (Cl 2 )] – | Cl – | Ag + | 2 |
| [Fe (H 2 O) 6 ] 3+ | H 2 O | Fe 3+ | 6 |
O primeiro exemplo, Cu (NH 3 ) 4 2+ , tem um íon cobre (Cu) e quatro ligantes NH 3 . O número de ligantes é igual ao número de coordenação para cobre, 4. A carga no íon complexo também é a mesma que a carga no íon cobre, 2+ porque os ligantes não têm carga.
O segundo exemplo, Ag (Cl 2 ) – , tem um íon prata (Ag) e dois ligantes de íon cloreto. O número de ligantes de cloreto é igual ao número de coordenação da prata, 2. A carga do íon complexo é um negativo. Para encontrar a carga do íon de prata, devemos subtrair o número de íons negativos que contribuem para a carga total. Uma carga de -1 menos 2- é +1. A carga de prata deve ser +1.
O terceiro exemplo Fe (H 2 O) 6 3+ , tem um íon de ferro (Fe) e seis ligantes H 2 O. O número de coordenação do ferro é 6, e a carga do ferro é 3+, pois a água é uma molécula com carga neutra.
Se você está tendo problemas para visualizar como os compostos de coordenação são configurados, às vezes é útil compará-los a insetos. Pense no corpo do inseto como o íon metálico e as pernas como os ligantes. As ligações covalentes coordenadas são as articulações entre as pernas do inseto e o corpo.
Formas de compostos coordenados
Os compostos coordenados ocorrem em uma variedade de formas: octaédrica, tetraédrica, quadrada plana e linear. Semelhante a compostos simples covalentemente ligados, essas formas derivam da hibridização orbital dos orbitais de elétrons do átomo central. A forma do composto pode ser melhor prevista pelo número de coordenação do íon metálico. Por exemplo, números de coordenação de seis emprestam a formas octaédricas. Um número de coordenação de quatro empresta ao plano tetraédrico ou quadrado. Infelizmente, não há uma maneira fácil de prever se o plano tetraédrico ou quadrado se formará. Um número de coordenação de dois empresta a uma forma linear.
No passado, as formas octaédrica e quadrada planar eram explicadas pela hibridização do orbital d. Na última década, essa teoria se tornou bastante contestada. As explicações possíveis são geralmente muito complicadas para o escopo da maioria dos cursos de química.
Compostos Coordenados em Ação
Lembre-se da lagosta com o sangue claro que fica azul ou nosso sangue escuro que fica vermelho brilhante na presença de oxigênio? Os complexos que mudam de cor são compostos coordenados. Em humanos, o complexo é denominado grupo heme e está contido na proteína hemoglobina. O metal de transição no grupo heme é o ferro (Fe).
Cada grupo heme forma um complexo de coordenação com o gás oxigênio (O 2 ). O grupo heme oxigenado vermelho brilhante viaja para os tecidos externos do corpo para fornecer oxigênio. O heme libera oxigênio e retorna sem oxigênio para os pulmões de uma cor escura.
Nas famílias de moluscos e artrópodes, esse composto coordenado é denominado hemocianina. O metal de transição é o cobre.
A clorofila é feita em parte por um composto coordenado contendo magnésio. A clorofila é essencial para a fotossíntese – um processo realizado pelas plantas para criar alimentos usando a energia da luz solar.
A vitamina B12 é uma vitamina necessária para o metabolismo e o funcionamento do sistema nervoso. Os humanos devem obter vitamina B12 da dieta. É um composto coordenado que contém o cobalto do metal de transição (Co).
Como observado antes, os metais de transição são o que dá a muitos compostos suas cores. Não é novidade que muitos pigmentos e corantes obtêm suas cores da presença de metais de transição na forma de compostos de coordenação.
O azul da Prússia é um pigmento usado desde 1700 para um azul profundo com tons esverdeados. É um composto coordenado feito de ligantes de íons de ferro e cianeto. Van Gogh usou pigmentos azuis da Prússia com freqüência em suas pinturas.
Resumo da lição
Os compostos de coordenação são feitos de um metal de transição com ligantes anexados. Se um composto de coordenação é um íon, ele é chamado de íon complexo . Um ligante é uma molécula ou íon neutro que possui um único par de elétrons e atua como uma base de Lewis.
Os metais de transição envolvidos no íon complexo têm dois conjuntos de elétrons de valência que participam da ligação. O primeiro conjunto de elétrons de ligação é chamado de valência primária ou número de oxidação . Os elétrons de valência primários estão envolvidos em ligações iônicas típicas.
O segundo conjunto de elétrons de valência de metal de transição é chamado de valência secundária, geralmente referida como número de coordenação . Os elétrons de valência secundários estão envolvidos na ligação com os ligantes. Os ligantes se ligam ao metal de transição, doando ambos os pares de elétrons no que é chamado de ligação covalente coordenada .
Os compostos coordenados podem ter vários formatos. A forma do composto está relacionada ao número de coordenação do composto e ao número de ligantes anexados. Os compostos coordenados desempenham papéis vitais no funcionamento do organismo. Eles também têm sido usados há séculos como pigmentos e tinturas.
Resultados de Aprendizagem
Depois de concluir esta lição, você será capaz de:
- Descreva a relação entre íons, ligantes e compostos coordenados
- Explique como a ligação ocorre em um composto coordenado
- Lembre-se das formas possíveis de um composto coordenado e como a forma é determinada
- Identifique a oxidação e os números de coordenação de um composto coordenado