Em 2001, os químicos na Suny-Stonybrook tiveram sucesso sintetizando o complexo trans-
, o qual pode ser um modelo de complexo que pode ter tido um papel importante na origem da vida.
(a) esboce a estrutura do complexo.
(b) o complexo é isolado como um sal de sódio. Escreva o nome completo desse sal.
(c) qual é o estado de oxidação de Fe no complexo?
(d) Você espera que esse complexo seja de spin alto o spin baixo ? justifique sua resposta.
(a) esboce a estrutura do complexo.
(b) o complexo é isolado como um sal de sódio. Escreva o nome completo desse sal.
(c) qual é o estado de oxidação de Fe no complexo?
(d) Você espera que esse complexo seja de spin alto o spin baixo ? justifique sua resposta.
Passo 1
O enunciado dá o complexo trans-
e pede quatro coisas:
(a) esboçar a estrutura do complexo;
(b) escrever o nome completo do sal quando isolado como sal de sódio;
(c) determinar o estado de oxidação de no complexo;
(d) dizer se o complexo é de spin alto ou spin baixo e justificar.
Informações relevantes que temos explicitamente: a fómula do íon complexo e que ele é o isómero “trans” (ou seja, os dois ligantes iguais indicados como trans estão em posições opostas). Não há figura adicional a interpretar.
(a) esboçar a estrutura do complexo;
(b) escrever o nome completo do sal quando isolado como sal de sódio;
(c) determinar o estado de oxidação de
(d) dizer se o complexo é de spin alto ou spin baixo e justificar.
Informações relevantes que temos explicitamente: a fómula do íon complexo
Passo 2
(a) Esboço estrutural — o que significa “trans” e qual a geometria esperada.
- Complexos com seis ligantes ao redor de um metal de transição costumam ter geometria octaédrica (é a geometria padrão para coordenação 6). Então o ferro está no centro de um octaedro.
- “Trans” indica que os dois ligantes idênticos dados pela fórmula (aqui os dois
) ocupam posições opostas no octaedro — ou seja, estão separados por 180° ao redor do metal. - Portanto o esboço: centro
em geometria octaédrica; dois ligantes em posições opostas (axiais, por exemplo) e os quatro ocupando as quatro posições restantes (equatoriais).
Descrição sucinta que serve como “esboço” na prova: um octaedro comno centro, — trans (opostos) — e quatro nas demais posições.
Passo 3
(b) Nome do sal — como construir o nome sistematicamente.
- A fórmula do sal com sódio como contraíons é
. Coloquei em TeX a fórmula do sal para ficar claro. - Regras para nomear: primeiro fala-se o cátion (aqui
), depois o ânion complexo. O ânion complexo recebe o sufixo “-ato” no nome do metal (em português: “ferrato”) e indica-se o estado de oxidação do metal entre parênteses romanos. Os ligantes são nomeados em ordem alfabética antes do nome do metal; multiplicadores como “tetra-” e “di-” concordam com o número de ligantes. O isómero “trans” pode ser indicado como prefixo descritivo. - Ligantes:
costuma ser chamado “cianeto” ou “cianido” (em nomenclatura IUPAC inglesa aparece “cyanido” / “cyano”), é “carbonil”. Em português comum sistemático: “tetracianodicarbonil”. - Como há carga
do ânion, precisamos de dois , por isso “dissódico” (ou “di-sódico”). - Nome sugerido (sistemático, em português): “dissódico trans-tetracianodicarbonilferrato(II)”. Em fórmula:
.
Passo 4
(c) Estado de oxidação de
— cálculo passo a passo e contagem eletrônica.
- Para achar o estado de oxidação do metal no complexo, somamos as cargas: seja
a carga do ferro. Cada tem carga e cada é neutro. O ânion complexo tem carga total . Montamos a equação:
- Resolvendo:
Então o ferro está no estado de oxidação . - Contagem de elétrons d:
tem configuração (pois neutro é , perdendo dois elétrons dá ). Essa informação é importante para prever o estado de spin.
Passo 5
(d) Spin alto ou spin baixo — conceitos necessários: campo cristalino,
e energia de apareamento.
- Em um campo octaédrico, os cinco orbitais d do metal dividem-se em dois conjuntos com energias diferentes:
(três orbitais de menor energia) e (dois orbitais de maior energia). A diferença de energia é chamada de (separaçao de campo cristalino octaédrico). - Outra energia importante é a energia de apareamento
, que é a energia necessária para colocar dois elétrons emparelhados no mesmo orbital. - Dois regimes: se
(pequeno , ligantes fracos) os elétrons preferem ocupar orbitais antes de emparelhar — isso dá complexos de spin alto. Se (grande , ligantes fortes) os elétrons emparelham em antes de subir para — desse modo surge o spin baixo. - Agora, sobre os ligantes deste complexo: tanto
quanto são conhecidos como ligantes de campo forte. Especificamente, é um excelente ligante π-aceptor (aceita densidade eletrônica de volta do metal), e também é um ligante fortemente doador/aceptor que provoca grande . Ambos aumentam substancialmente. - Como resultado, para um centro
com em um campo forte grande , a configuração eletrônica será de spin baixo:
ou seja, todos os seis elétrons ocupam os três orbitais
emparelhados e não há elétrons em
. Isso implica ausência de elétrons desemparelhados (complexo diamagnético).
- Comparando com o caso de ligantes fracos (como
), o mesmo poderia ser high-spin com configuração e quatro elétrons desemparelhados; aqui, devido a e , o complexo é low-spin.
Passo 6
Resumo e respostas rápidas para checar na prova: recapitulei a geometria (octaédrica, CO trans), mostrei a fórmula do sal e a regra de nomenclatura, calculei a carga do ferro e a contagem
, e usei o argumento de campo cristalino (
vs
) e a natureza de ligante forte de
e
para prever spin baixo e diamagnetismo.
Resposta
(a) Octaédrica: centro
com dois ligantes
em posições trans (opostas) e quatro
nas demais posições (equatoriais).
(b) ; nome: “dissódico trans-tetracianodicarbonilferrato(II)” (ou em inglês “disodium trans-tetracyanodicarbonylferrate(II)”).
(c) Estado de oxidação de :
(ou
).
(d) Spin baixo (low-spin); configuração eletrônica , diamagnético, porque
e
são ligantes de campo forte que geram grande
favorecendo o apareamento.
(b)
(c) Estado de oxidação de
(d) Spin baixo (low-spin); configuração eletrônica